稻塑復(fù)合地板基體材料的性能研究

張軍華 楊曉明*

（1、江蘇肯帝亞木業(yè)有限公司,江蘇 丹陽212000 2、陜西理工大學(xué),陜西 漢中723000）

將稻秸稈粉、稻殼粉等加入到高密度聚乙烯中進(jìn)行混合改性，是提高高密度聚乙烯材料某些性能、降低高密度聚乙烯材料成本的一個有效手段[1,2]，所制得的高密度聚乙烯稻塑復(fù)合材料可以作為地板的基體材料。稻殼中含有較多的纖維素、木質(zhì)素、二氧化硅[3]，但稻殼粉與高密度聚乙烯材料之間的界面結(jié)合不佳，對高密度聚乙烯稻塑復(fù)合地板材料的強(qiáng)度造成影響。稻殼中的纖維素和木質(zhì)素屬于可燃物質(zhì)，將稻殼粉填充到高密度聚乙烯中制作改性稻塑復(fù)合地板基體材料時，有必要對該稻塑復(fù)合地板基料進(jìn)行阻燃的處理。本文對稻殼粉進(jìn)行固相研磨法表面改性后添加到高密度聚乙烯中制得稻塑復(fù)合材料，對制得的高密度聚乙烯稻塑復(fù)合地板基體材料的耐熱拉伸性能、硬度以及力學(xué)性能等進(jìn)行了相關(guān)的測試和研究。

1 實驗部分

1.1 實驗原料

高密度聚乙烯：中國石油大慶石油化工總廠生產(chǎn)，其牌號為5000S；稻殼粉：市售；聚磷酸銨：市售；硅烷偶聯(lián)劑KH-550：蓋州恒達(dá)化工公司生產(chǎn)。

1.2 實驗設(shè)備和儀器

塑料注射成型機(jī)：海天塑機(jī)有限公司生產(chǎn)，其型號是MA860/260G；電子天平：上海精密儀器公司生產(chǎn)，其型號是YP1002N；數(shù)顯鼓風(fēng)干燥箱：上海博訊實業(yè)公司生產(chǎn)，其型號是GZX-90761BE；沖擊試驗機(jī)：長春智能儀器設(shè)備公司生產(chǎn)，其型號是JJ-5.5；邵氏硬度計：樂清艾德堡儀器公司生產(chǎn)，其型號是LX-D。

1.3 樣品的制備

1.3.1 稻殼粉的改性制備：將稻殼粉放置于鼓風(fēng)干燥箱中在75 攝氏度下干燥3 小時，然后將干燥之后的稻殼粉、聚磷酸銨和KH-550 硅烷偶聯(lián)劑分別按一定的重量配比稱量后，加入到研磨機(jī)中固相研磨一段時間，得到改性的稻殼粉。

1.3.2 高密度聚乙烯稻塑復(fù)合地板材料的制備：將高密度聚乙烯、改性稻殼粉分別按一定的配方比例將材料稱量后混合，再加入到螺桿擠出機(jī)中熔融共混，從擠出機(jī)的加料口到擠出機(jī)頭的溫度依次設(shè)定為200℃-210℃-220℃-220℃，熔融共混之后的擠出產(chǎn)物經(jīng)過切粒、干燥后，再在塑料注射機(jī)中注塑成型制得性能測試用的樣條。所得到的各組樣條中高密度聚乙烯、稻殼粉和聚磷酸銨的重量配比如表1 所示，其中各組樣條中硅烷偶聯(lián)劑KH-550 的含量均為稻殼粉重量的2%。

表1 高密度聚乙烯稻塑復(fù)合地板材料的重量配比

1.4 測試與表征

1.4.1 阻燃性能測試：將試樣規(guī)格為80mm×10mm×4mm 的樣條一端水平固定，點燃另一端，測量樣條燃燒完全的時間，并觀察燃燒時的煙霧狀況。

1.4.2 耐熱拉伸測試：將待測試的樣條放置在100℃的烘箱中，將樣條的上端固定，樣條的下端懸掛一個80g 的砝碼，樣條在烘箱的加熱作用下緩慢變軟而被拉長，測量樣條被拉斷的時間點和樣條被拉斷時被拉長的長度。樣條規(guī)格為70mm×10mm×4mm。

1.4.3 沖擊測試：采用沖擊試驗機(jī)對樣條的沖擊強(qiáng)度進(jìn)行測試。沖擊測試樣條采用沖擊缺口制樣機(jī)制備缺口，其缺口的深度為2mm。

1.4.4 硬度測試：采用邵氏硬度計對試樣的硬度進(jìn)行測試。壓針距離試樣的邊緣10mm，測相距6mm 的不同位置點，然后取其平均值。

2 結(jié)果與討論

2.1 復(fù)合材料的燃燒性能

稻塑復(fù)合地板基體材料在作為建筑材料使用時，通常要求其具有阻燃的能力。本課題所制得的高密度聚乙烯稻塑復(fù)合地板材料的燃燒性能的測試結(jié)果見表2 所示。由表2 可知，隨高密度聚乙烯稻塑復(fù)合地板材料中聚磷酸銨含量的增加，一定長度高密度聚乙烯稻塑復(fù)合地板材料試樣燃燒完全的燃燒時間逐漸增長，即高密度聚乙烯稻塑復(fù)合地板材料隨聚磷酸銨的含量增加，其燃燒速度逐漸減緩，這表明聚磷酸銨在高密度聚乙烯稻塑復(fù)合地板基材中起到了阻燃的作用。由表2 還可知，與聚磷酸銨含量較少的高密度聚乙烯稻塑復(fù)合地板基材相比，聚磷酸銨含量較多的高密度聚乙烯稻塑復(fù)合地板基材燃燒時產(chǎn)生的煙霧較多，這是由于聚磷酸銨阻礙燃燒導(dǎo)致的煙霧增多。

表2 高密度聚乙烯稻塑復(fù)合地板材料的燃燒性能

2.2 復(fù)合材料的耐熱拉伸性能

稻塑復(fù)合地板基體材料制作的地板通常要求其具有一定的耐熱性，尤其是在其作為鋪裝有地暖的地板使用時。高密度聚乙烯稻塑復(fù)合地板材料的耐熱拉伸性能的測試結(jié)果見圖1 所示。由圖1 可知，隨高密度聚乙烯稻塑復(fù)合地板基材中聚磷酸銨含量的增加，高密度聚乙烯稻塑復(fù)合地板材料試樣在受熱拉伸時的斷裂伸長率先是增大而后減小。這可能是由于聚磷酸銨作為小分子有機(jī)物，在其含量較少時其對稻殼粉和高密度聚乙烯的界面結(jié)合有促進(jìn)作用，更好地承受拉力，從而使高密度聚乙烯稻塑復(fù)合地板材料試樣在受熱拉伸時的斷裂伸長率增加；而在聚磷酸銨的含量較多時，聚磷酸銨在高密度聚乙烯稻塑復(fù)合地板基材中相當(dāng)于過多的小分子組分，從而降低了高密度聚乙烯稻塑復(fù)合地板基材的抗熱拉伸性能。

圖1 高密度聚乙烯稻塑復(fù)合地板材料的耐熱拉伸性能測試結(jié)果

2.3 復(fù)合材料的硬度

稻塑復(fù)合地板基體材料制作的地板通常要求其具有較好的硬度。高密度聚乙烯稻塑復(fù)合地板基材硬度的測試結(jié)果如圖2所示。由圖2 可知，隨著高密度聚乙烯稻塑復(fù)合地板基材中聚磷酸銨含量的增多，高密度聚乙烯稻塑復(fù)合地板基材試樣的硬度先增大而后降低。這也歸因于聚磷酸銨含量較少時其具能促使稻殼粉和高密度聚乙烯二者的界面能更好地結(jié)合緊密，從而使高密度聚乙烯稻塑復(fù)合地板基材的硬度會有所增加；而當(dāng)聚磷酸銨的含量較多時，聚磷酸銨在高密度聚乙烯稻塑復(fù)合地板基材中相當(dāng)于過多的小分子組分，使得高密度聚乙烯稻塑復(fù)合地板材料的硬度又有所降低。

圖2 高密度聚乙烯稻塑復(fù)合地板材料的硬度測試結(jié)果

2.4 復(fù)合材料的沖擊強(qiáng)度

稻塑復(fù)合地板基體材料制作的地板通常要求其具有較好的韌性，即能承受沖擊力而不易斷裂破壞。高密度聚乙烯稻塑復(fù)合地板材料的沖擊強(qiáng)度測試的結(jié)果如圖3 所示。由圖3 可知，隨著高密度聚乙烯稻塑復(fù)合地板基材中聚磷酸銨含量的增加，高密度聚乙烯稻塑復(fù)合地板基材試樣的沖擊強(qiáng)度先是增大而后降低。這也與聚磷酸銨含量較少時其對稻殼粉和高密度聚乙烯的界面結(jié)合的促進(jìn)作用有關(guān)，稻塑復(fù)合材料內(nèi)部界面結(jié)合更好時能使材料承受的沖擊外力在內(nèi)部更好更均勻地耗散，從而增加了高密度聚乙烯稻塑復(fù)合地板基材的韌性；而聚磷酸銨含量較多時聚磷酸銨在高密度聚乙烯稻塑復(fù)合地板材料中相當(dāng)于過多的小分子組分，使復(fù)合材料承受沖擊力的能力有所降低。

圖3 高密度聚乙烯稻塑復(fù)合地板材料的沖擊強(qiáng)度測試結(jié)果

3 結(jié)論

通過固相研磨法對稻殼粉進(jìn)行了改性，采用熔融共混法制得了高密度聚乙烯稻塑復(fù)合地板基體材料。隨著聚磷酸銨含量的增多，高密度聚乙烯稻塑復(fù)合地板材料燃燒速度逐漸減緩、燃燒時的煙霧增多。隨著高密度聚乙烯稻塑復(fù)合地板基材中聚磷酸銨含量的增多，高密度聚乙烯稻塑復(fù)合地板基材在受熱拉伸時的斷裂伸長率以及硬度和韌性均是先增大而后降低的，表明聚磷酸銨含量較少時其對稻殼粉和高密度聚乙烯的界面結(jié)合有促進(jìn)作用，而過多含量的聚磷酸銨則對高密度聚乙烯稻塑復(fù)合地板基材的力學(xué)性能帶來不利。