兩種改性方法對桉木單板/聚乙烯膜復合材料力學性能影響的對比研究

摘 要：為了使塑料縮水表面與單板親水表面可以更好地進行結合，在進行制備時，本研究以聚乙烯薄膜為主要材料，科學分析對其進行不同處理時界面性能產生的影響，并以此為依據(jù)，對該材料制造工藝進行優(yōu)化。在進行熱處理時，溫度以140 ℃為宜，進行1 h的處理，當堿濃度達到30%時，復合材料可以充分地發(fā)揮力學性能。通過熱堿兩種方式進行處理，復合材料的界面性能可以有效提高。

關鍵詞：聚乙烯;復合材料;改性方法;熱學性能

中圖分類號：TB33文獻標識碼：A文章編號：1003-5168（2020）05-0137-03

Abstract： In order to better combine the plastic shrinkage surface with the hydrophilic surface of the veneer， in the preparation， polyethylene film was used as the main material in this study， and the influence of the interface properties on its different treatment was scientifically analyzed， and based on this， optimized the material manufacturing process. In the heat treatment， the temperature is preferably 140 ℃， and the treatment is performed for 1 hour. When the alkali concentration reaches 30%， the composite material can fully exert mechanical properties. The interfacial properties of composite materials can be effectively improved by two methods of hot alkali treatment.

Keywords： polyethylene;composite materials;modification methods;thermal properties

1 材料與方法

1.1 材料

所有桉木單板均在同一種植園選購，含有相同的水分，高密度聚乙烯薄膜購于某塑料公司，厚度以0.06 cm為宜，單層面密度相同，氫氧化鈉粉末購于正規(guī)化工廠。

1.2 單板熱處理

單板熱處理時需要在統(tǒng)一的實驗室烘箱中進行，具體處理工藝如表1所示。在進行熱處理時，處理溫度與處理時間會分別進行調整，由此生成不同的處理組，當進行熱處理后，單板需要在自然環(huán)境下逐漸冷卻，使其可以與室溫相統(tǒng)一。

1.3 單板堿處理

在進行堿處理時，要保持穩(wěn)定的室溫，將單板浸入氫氧化鈉溶液中，具體如表2所示[1]。在進行堿處理時，對堿濃度與處理時間進行針對性的調整，會生成多個處理組，當堿處理結束后需要對單板進行全面的清洗，使氫氧化鈉可以完全清除，并在室溫下放置4h，最后進行100 ℃以上的4 h烘干[2]。

1.4 復合材料制備

在進行材料制備時，以三塊單板組成板坯。不同單板之間保持相同的距離和方向，以垂直狀態(tài)分布，每兩個單板之間加入兩層聚乙烯薄膜作為膠粘劑，每次施膠量相同，使復合材料在固定溫度下可以進行5 min的熱壓，并對壓力進行控制，最后在室溫下進行5 min的冷卻，提高壓力值[3]。

1.5 復合材料力學性能檢測

以相關標準對復合材料強度、彈性模量等進行全面的測定，靜曲強度彈性模量采用三點彎曲進行試驗[4]。對強度進行測試之前，要在清水中浸泡復合材料。在對力學性能進行測定時，使用專門的器材開展試驗，并對試驗結果進行反復的檢測。

2 結果與分析

2.1 熱處理對復合材料力學性能的影響

2.1.1 靜曲強度。如表3所示，在對靜曲強度進行研究后發(fā)現(xiàn)，經處理后的組別靜曲強度均比沒有進行處理的組別的強度更大。

當處理溫度不斷變化時，平均靜曲強度也會隨之發(fā)生改變，當處理溫度保持在100～160 ℃時，其平均靜曲強度值保持在53～64 MPa。當溫度處于100～120 ℃或者不斷升高時，其平均靜曲強度并沒有與處理組產生較大的差異，最高平均靜曲強度為溫度120 ℃時的64.31 MPa，比未處理組高出一半[5]。

當處理時間為0.5～2.0 h時，其平均靜曲強度保持在56.29～60.77 MPa，0.5 h、1.0 h和1.5 h三個試驗組平均強度并沒有與被處理對象存在明顯差異，0.5 h試驗組的平均強度最高，與未處理組存在較大的差異[6]。

在對變異系數(shù)進行科學分析后，人們可以發(fā)現(xiàn)，處理溫度對處理效果產生直接影響，在所有處理組中，H7組靜曲強度最高，比未處理組高出至少65%。

2.1.2 彈性模量。除個別組以外，經過處理后的彈性模量均比未處理之前高，處理組平均彈性模量明顯高于未處理組。當處理溫度保持在100～160 ℃時，平均彈性模量大于8 GPa[7]。當溫度保持在100～120 ℃時，其平均彈性模量并沒有超過未處理組;當溫度為120 ℃時，其產生的彈性模量最高，比未處理組高出至少30%。當處理時間為0.2～2 h時，其平均彈性模量較為穩(wěn)定，變異系數(shù)為8.22%;當處理時間為0.5 h、1.0 h時，彈性模量與對照組高。其中，0.5 h試驗組產生的彈性模量最高，與對照組差異明顯[8]。

通過變異系數(shù)分析可以看出，處理時間直接影響彈性模量，而處理溫度對彈性模量的影響較小，在所有處理組中，H9組彈性模量最高，比對照組高出至少一半。

2.1.3 膠合強度。以相關標準為依據(jù)，對復合材料膠合強度進行科學檢測。從檢測結果可以看出，處理后的膠合強度明顯高于未處理組別。除個別組以外，其他組處理后的平均強度更高，與對照組存在明顯的差異[9]。

從變異系數(shù)分析結果來看，處理溫度對膠合強度的影響最大，而處理時間對膠合強度的影響較小。在所有處理組中，H10和H12組的膠合強度最高，與對照組存在明顯的差異。

2.1.4 熱處理對復合材料力學性能的影響。對桉木單板/聚乙烯薄膜復合材料進行熱處理，可以改善材料力學性能。熱處理可以使單板表面更加干燥，降低水分，增強其與聚乙烯薄膜的結合性，使復合材料具有極強的黏合力，提高單板表面粗糙度，使單反表面與聚乙烯材料更好融合，增強復合材料的粘結性能。正確進行熱處理，可以改變木材力學性能，提高彈性模量，使復合材料充分發(fā)揮作用。在本研究中，經過熱處理，其在膠合強度、彈性模量等方面均比未處理組好。但是，熱處理也會產生不利影響。例如，經過熱處理，細胞壁被快速降解，細胞結構發(fā)生不同程度的變化，使木材的力學性能逐漸降低，影響桉木單板/聚乙烯薄膜復合材料的力學性能。本研究中，當處理時間為1.5 h時，靜曲強度、彈性模量等會因為溫度的升高而逐漸下降。

熱處理可以對復合材料產生雙重影響，這種影響會互相作用。人們要合理控制處理溫度和處理時間，保證熱處理效果最佳。

2.1.5 熱處理最適條件的確定。研究發(fā)現(xiàn)，不同組別的處理組彈性模量會發(fā)生一定變化，如果膠合強度無法滿足處理需要，就不是最合理的熱處理條件，在H9和H10組中，其平均變化率比其他組別差異大，但H10的膠合強度變化率比H9好。因此，H9可以確定為最佳熱處理條件。

本研究所進行的熱處理與其他學者進行的熱處理試驗具有明顯的差異。其他學者在高溫下對楊木單板進行處理，制備膠合板，經過熱處理，膠合板的膠合強度明顯提升。但是，溫度過高，靜曲強度與彈性模量反而降低，最終膠合板力學性能。

2.2 堿處理對復合材料力學性能的影響

2.2.1 靜曲強度。處理組平均靜曲強度比未處理組高。當堿濃度保持在3%～11%時，其平均靜曲強度穩(wěn)定，3%處理組、7%處理組的平均靜曲強度比未處理組高，其中，3%處理組的平均靜曲強度最高，與未處理組有明顯的差異。

2.2.2 彈性模量。方差分析結果表明，處理時間對靜曲強度的影響最大，在所有處理組中，A3組平均靜曲強度最高。彈性模量分析表明，當處于不同堿濃度時，其平均彈性模量會發(fā)生變化，經過處理后，其彈性模量明顯高于未處理組。從變異系數(shù)分析結果可以看出，處理時間直接影響彈性模量，在所有處理組中，A3組的彈性模量最高。

2.2.3 膠合強度。變異系數(shù)分析結果表明，堿濃度對膠合強度的影響更大，處理時間對膠合強度的影響較小，在所有處理組中，A5組的膠合強度最佳。

2.2.4 堿處理對木材與復合材料的影響。堿處理直接影響材料物理性能，經堿處理，復合材料的親水半纖維素會逐漸減少，使單板表面清水性逐漸降低，更好地與聚乙烯薄膜相融，逐漸提高復合材料的界面結合力，單板表面粗糙，與聚乙烯薄膜發(fā)生親密接觸?？茖W的堿處理可以提高木材力學性能，使其更好地與復合材料融合。在研究中，經過堿處理，處理組的靜曲強度、彈性模量等均比對照組優(yōu)異。

試驗結果表明，堿處理可以對桉木單板/聚乙烯膜復合材料產生雙重影響，堿濃度和處理時間是保證處理效果的關鍵。堿處理可以改善膠合板復合材料性能，如靜曲強度、彈性模量等。

2.2.5 堿處理最適條件的確定。在不同組別中，膠合強度的變化率均為負，因此這些組別都不可以作為堿處理的最適宜條件。A2和A3平均變化率比其他組別高，但A2膠合強度變化較小，因此A3可以作為堿處理的最佳條件。

3 結論

在對桉木單板/聚乙烯膜復合材料進行處理時，熱處理和堿處理均可以發(fā)揮作用，改善復合材料力學性能。其中，熱處理可以提高復合材料膠合強度，而堿處理可以提升復合材料的靜曲強度和彈性模量。熱處理結果表明，H7組和H9組的靜曲強度、彈性模量均比未處理組高，最佳處理條件為H10組。堿處理結果表明，A3和A5組的靜曲強度、彈性模量等最佳，比未處理組高，A3組可以作為堿處理的最佳條件。

參考文獻：

[1]周亮，任夏瑾，張東紅，等.甜高粱稈含量對甜高粱稈/高密度聚乙烯復合材料力學性能與熱穩(wěn)定性的影響[J].塑料科技，2019（8）：155-160.

[2]韋文榜，宋偉，張凱強，等.兩種改性方法對桉木單板/聚乙烯膜復合材料力學性能影響[J].林產工業(yè)，2019（6）：115-119.

[3]張?zhí)?納米顆粒間范德華力對“金顆粒-聚乙烯”復合材料力學及導電滲濾性能影響[D].鎮(zhèn)江：江蘇大學，2019.

[4]葉純麟，趙世成，柴子曉，等.加工工藝對納米SiC/超高分子量聚乙烯復合材料力學性能的影響[J].化學世界，2017（12）：730-735.

[5]韋文榜，任從容，宋偉，等.堿處理對巨尾桉/聚乙烯膜塑復合材料性能的影響[J].木材加工機械，2019（5）：116-119.

[6]陳婉，趙凡，郭知理，等.次磷酸鋁對木粉/高密度聚乙烯復合材料阻燃及力學性能的影響[J].高分子材料科學與工程，2019（3）：111-115.

[7]羨瑜，王翠翠，李海棟，等.造紙白泥添加量對竹質纖維/高密度聚乙烯復合材料力學性能的影響[J].高分子材料科學與工程，2019（1）：100-104.

[8]任從容，韋文榜，李雪菲，等.巨尾桉/聚乙烯膜制備復合材料工藝研究[J].木材加工機械，2019（5）：29-32.

[9]張會平，楊文，夏先平，等.氣相白炭黑和微米銅粉對銅/低密度聚乙烯/硅橡膠復合材料力學性能的影響[J].化學與生物工程，2018（2）：123-126.