木塑复合材料及挤出成型特性的研究.pdf

第15卷第8期中国塑料Vol.15,No.8
2001年8月CHINAPLASTICSAug.,2001

加工与应用
木塑复合材料及挤出成型特性的研究

薛平,张明珠,何亚东,何继敏

(北京化工大学塑料机械及塑料工程研究所,北京100029)

摘要:主要对木塑复合材料的流变性能、挤出成型性能和力学性能的影响因素进行了深入的研究,并对木塑复合
材料样品的微观结构、宏观性能和挤出过程进行了分析,从而为这种材料的工业化生产打下良好的基础。
关键词:木塑复合材料;单螺杆挤出;挤出特性;微观结构
中图分类号:TQ321.5文献标识码:B文章编号:1001O9278(2001)08O0053O07

利用木质纤维填料(包括木粉、秸杆、稻壳等)和废
2材料实验结果与讨论
旧热塑性塑料为主要原料,外加一些加工助剂,经过高
温混炼再经成型加工而制得的复合材料,名为木塑复2.1流变性能的测试与讨论
合材料。它是当代工业基础材料废物利用的最佳科研由于物料在挤出过程中,一般都是在熔融流动状
成果在工业生产上的应用,是一种天然的绿色环保材态下进行的,这就要求所加工的物料有恰当的流动性。
料。由于全球森林资源日益紧缺,生态环境恶化,该成流动性过小,不利于充模,造成挤出困难;流动性过大,
果是近年来在国外发展较快且经济效益显著的实用型不能形成足够的挤出压力,造成制品的强度缺陷,且也
新技术。它可广泛地用于包装、建筑等行业。可制成不利于物料在挤出口模时的制品定型[1]。木塑复合体
板材、型材、片材等并具有木材的加工优点。由于挤出系在挤出成型过程中,体系的流变特性对加工过程和
成型加工周期短、效率高、成型工艺简单,还可扩大产最终制品的各种性能也都有很大的直接影响,具有相
品的品种和应用领域。因此,采用挤出成型法是较为当重要的实际意义。因此应首先来研究一下木塑复合
理想的成型方法。本文将对影响木塑复合材料的挤出体系的流变性能。
成型性能和力学性能的因素进行深入研究。2.1.1木塑体系粘度与其它几种体系粘度的比较
为了研究木粉填充后木塑复合体系的流变行为,
1实验部分论文中将其粘度与剪切速率曲线与纯聚丙烯(PP)和滑
石粉填充后体系的粘度与剪切速率曲线进行了对比。
1.1实验原料
对比结果见图。由图可知用低模量多孔隙的木粉
HDPE,DMDY-1158,齐鲁石化总公司;PP,1,,
填充所得的复合材料熔体粘度从整体上看要比纯
4017,天津第二石油化工厂;锯末粉,20-80目,自PP
PP的粘度低,而比硬质、光滑的滑石粉填料填充后的
制;粘结剂,酞酸酯类、硅烷偶联剂、马来酸酐改性聚丙
粘度低1个数量级左右。且随着剪切速率的增加,所
烯(MAN-g-PP)、乙烯-丙烯酸酯(EAA),市售。
有表观粘度明显下降,并且三者之间的粘度差异也逐
1.2实验仪器与设备
渐减少,当剪切速率达到104s-1,差异基本消失,也就
高速混合机,SHR-50A,张家港市三兴江帆机械
厂;
压力传感器,PT123,美国DANISCO;
烘箱,DF-303-3,北京二龙路第一金属厂;
单螺杆挤出机,SJ45/25,哈尔滨塑料机械模具厂;
万能拉伸实验机,AG-10A,日本岛津材料试验
机;
毛细管流变仪,Instron-3211型,英国。
◆—滑石粉(40%)▲—纯PP■—木粉(40%)
收稿日期:2001O06O20图1木粉、滑石粉填料与纯PP的表观粘度与剪切速率关系曲线
·54·木塑复合材料及挤出成型特性的研究

是说在较高的剪切速率下,无论是无机填料还是有机强度。总的来说,木粉的加入增加了材料的刚性,同时
填料,其对PP的流变行为影响不大。以上研究说明了使材料变脆,弯曲强度出现极大值说明木粉用量在一
木塑复合体系也属于假塑性流体。定的范围内起到了增强复合材料的效果。但从拉伸曲
2.1.2温度对粘度的影响线中可以看出,随着填料的增加,拉伸强度明显下降,
不同温度对熔体粘度的影响见图2。复合体系为尤其是填充量从30%增加到40%时,下降的幅度较
木粉/PP体系,木粉含量为40%。大。这一方面是因为木塑两相的相容性差,导致界面
处粘结不牢。另一方面,随着木粉填充量的增加,木粉
聚集现象加剧,颗粒引起的应力集中及产生的缺陷的
几率加大所致。这一分析可以在后面的微观电镜图中
得以证实。

◆—160℃■—180℃▲—200℃
图2木粉含量为40%各种温度下的表观粘度
与剪切速率关系曲线
由图2可知,随着温度的升高,复合体系的熔体表
观粘度大大的降低。在同一剪切速率下,160℃的熔体◆—拉伸强度■—弯曲强度
图木粉含量与力学性能的关系
粘度要比200℃熔体的粘度高一个数量级。这表明木3
塑复合体系粘度受温度的影响很显著。从分子运动的2.2.2木粉粒径的影响
木粉的粒径对材料的力学性能的