聚丙烯与木纤维的复合研究

第19卷第1期木材工业2005年1月Vol, 19 No. 1CHINA WOOD INDUSTRYJanuary 2005研究简报Ⅲ聚丙烯与木纤维的复合研究张立芳南京林业大学木材工业学院,南京210037)摘要:通过检测以木纤维和聚丙烯为原料制造的木塑复合材料的抗拉强度研究了木纤维和聚丙烯的复合性能并分析了木纤维与聚丙烯的质量比、马来酸酐改性聚丙烯及偶联剂对复合材料抗拉强度的影响。试验结果表明,当聚丙烯与木纤维的混合比为10:3、偶联剂加入量约为聚丙烯质量的3%~5%时木塑复合材料的抗拉性能最佳。关键词:聚丙烯;木纤维;抗拉强度中图分类号T653.6,TQ324文献标识码文章编号:00186542005)140027-03Study on Mixing Conditions for Polypropylene and wood FiberZHANG Li-fangCollege of Wood Science and Technology, Nanjing Forestry University Nanjing 210037, ChinaAbstract: The composites investigated in this paper were made from wood fibers either with polypropyleneonly or with polypropylene modified with maleic anhydride or alternatively coupled with a silane agentThe adhesion between wood fiber and polypropylene was evaluated through testing the tensile strength of thecomposite. An analysis was made on how the tensile strength was influenced by the ratio of wood fiber to polypropylene as well as the effect of the addition of maleic anhydride and the silane coupling agent to polypropylene. It was found that when the polypropylene and wood fiber was mixed at 10: 3 and 3%-5% coupling agentwas added to polypropylene the wood-polypropylene composite showed the best tensile strengthKey words: Polypropylene Wood fibers Tensile strength复合是高分子材料发展的重要方向之—其目械性能、耐热性能优良化学稳定性好,对水稳定性的是发挥单一材料的各种优异性能,制造出具有多特别好几乎不吸水。木纤维来源广是天然高分子种优良性能的新材料。材料。本文初步探索聚丙烯与木纤维的复合性能。木塑复合材料是以各种形态的木材原料如木1试验材料与方法纤维、刨花、单板等与某一种或几种合成纤维在一定1.1试验材料的条件下复合而成的材料。与木材相比木塑复合木纤维树种为意杨( Populus spp.)和马尾松材料的抗水性、尺寸稳定性和力学性能等都有明显( Pinus massoniana)杨木纤维与松木纤维的混合比提高,可制成地板、乐器、运动器材和装饰材料等。例为7:3江苏丹阳中密度纤维板厂提供。木塑复合材料的制造方法很多,可以用单体浸注于聚丙烯执行标准QSH004010592南京金实体木材或单板中使单体在木材中聚合而成还可陵石化工业公司塑料厂提供以用木纤维或木粉等与合成树脂、塑料颗粒复改性剂顺丁烯二酸酐(即马来酸酐,MA)熔合点范中国煤化工甲麟(BO)熔点范围聚丙烯是一种性能优良的聚烯烃原料,价格便102CNMH宜结构规整、结晶性的聚丙烯无嗅、无味、无毒机稿叭灬D)RnJ普南京东凯化工厂产1.2试验方法收稿时间200405-21.2.1原料预处理作者简介张立荒1948—)男南京林业大学木材工业学院副教授。January 200CHINA WOOD INDUSTRYVol 19 No. 1木纤维经过24×24孔/100cm2的网筛除去比例较小粗大纤维,干燥至含水率2%~5%改性聚丙烯将BPO和MA按比例定量溶解在丙酮液中然后与聚丙烯混合均匀静置后得到。世801.2.2熔融混合试验设定3种方案采用A未改▲緊丙稀+木纤溶性聚丙烯、B改性聚丙烯、C未改性聚丙烯中加入偶●案丙+木紆+偶联剌联剂分别与木纤维混合试制木/塑复合材料。聚丙10:010:110:210:310:410:5烯与木纤维质量混合比分别为10:110:210:3和PP: WF10:4。偶联剂加入量:为聚丙烯质量的3%~5c图1木/塑混合比、改性剂与偶联剂加量将上述不同配比的混合物分别置入带搅拌器的对复合薄板强度的影响不锈钢容器内。由于聚丙烯的等规和高度结晶结Fig.1 The tensile strength of the composite films made atdifferent mixing ratios and with different chemicals构只有温度达到其熔融温度区(165±5)℃时才软时是以点或棒状形态分散在聚丙烯中有一定的增化具有塑性但温度过高木纤维易炭化所以需严格强作用。木纤维比表面积、孔隙率较大在连续相中控制温度以保证混合物充分熔融、混合均匀。与聚丙烯树脂有很大的接触界面依靠范德华尔分1.2.3制板将搅拌均匀不同配比的熔融态木塑子水偶极诱导、色散)界面产生牢固结合。另一方混合物快速移至覆有聚四氟乙烯膜的试验钢板上,面熔融的树脂可渗透到木材细胞腔中进一步提高放入温度165±5)℃的热压机内通过加压并且用3界面结合力。随着木纤维的质量分数逐步增大mm的厚度规控制厚度将混合物压成一定厚度的薄分散相逐步有了层状结构而且与聚丙烯相不相容板冷却成形后得到木/塑复合薄板,板幅面为300因此复合材料的抗拉强度随着木纤维量增大而下mm×300mm。降1.2.4强度检测按照GB1040-79《塑料拉伸试验2.2.2改性剂的影响聚丙烯是当今最具发展前途方法》使用XL250型拉力试验机(广州试验仪器的热塑性高分子材料之一但由于它是非极性高聚厂)检测木/塑复合薄板的抗拉强度。物用途受到限制。采用熔融接枝的方法可提高聚丙烯的极性实际操作简便、经济适合工业化生产。2结果与分析马来酸酐是一种很好的聚丙烯接枝改性剂但2.1试验结果从图1可见聚丙烯经过马来酸酐改性后再与木纤木/塑复合薄板试样的抗拉强度检测结果见表1。维复合复合材料的抗拉强度不增反降。一般认为1不同工艺条件下木/塑复合薄板的抗拉强度在过氧化物引发剂存在的自由基熔融聚丙烯体系Tab. 1 The tensile strength of the polypropylene wood中过氧化物先分解产生自由基并与聚丙烯分子链进行氢消除反应在聚丙烯分子链上生成叔碳自由薄板聚丙烯与木纤维的质量比基,该分子自由基既可与马来酸酐生成接枝物也能抗拉强度10:110:210:310:410:0A/105Pa127.686.8与另一聚丙烯生成更大分子自由基。但是聚丙烯分B/105Pa68子链叔碳自由基也可以使分子链断开,发生降解反C/10 Pa应生成链端有双键的断分子链段,以及伯碳自由基*2聚丙烯+木纤维B改性聚丙烯+木纤维x聚丙烯+木断分子链段。后者是分子量小一些的自由基也能纤维+偶联剂形成接枝物。2.2结果分析以聚丙烯与木纤维的质量比为横坐标,样板的总体而言对于通常的聚丙烯和马来酸酐熔融抗拉强度为纵坐标试验结果的直观分析见图1。接枝体系聚丙烯在自由基作用下降解严重聚丙烯22.1木/塑复合比率的影响从图1中可以看基体的力学性能不是优化而是劣化5。出采用未改性的聚丙烯与木纤维复合当二者的质2.2.3偶朕剂的影血,以图1可见聚丙烯材料中量分数比为10:1时复合薄板的抗拉强度较高髓加入中国煤化工合材料的抗拉强度明着木纤维质量分数的增加强度则下降。原因是木显地CNMHG种聚合物混合时可以纤维是含有大量羟基的纤维素分子组成,是极性材达到分子水平相容绝大多数聚合物共混物是不相料而聚丙烯是非极性高分子材料两者掺混时不能容或者部分相容由于没有足够的相容性不同聚合相容。组分较多的聚丙烯基形成连续相,当木纤维物界面层分子间形成不了足够的相互缠结使复合28第19卷第1期木材工业2005年1月体的性能达不到应用的要求。要改善组分间相容3)选取适当的偶联剂能明显地改善聚丙烯和性通常有两种方法:一是将两种组分分别进行化学木纤维之间的界面提高复合材料的抗拉强度。本改性引入相容性基团通过这些基团实现相容;是研究中偶联剂加入量约为聚丙烯质量的5%时木在共混物中加入少量的第三组分即偶联剂通过偶纤维在复合混合物中所占的比率可达到23.1%(即联剂在两相界面区域的聚集降低两组分间界面张聚丙烯与木纤维的质量比为10:3)木/塑复合材料力提高组分间界面相容性。偶联剂是一类在多相的抗拉强度最佳。体系中形成良好接口的物质,般偶联剂分子一端参考文献有极性基团另一端为非极性基团通过偶联剂分子[1]杨庆贤木/塑复合材料及其增强机理的研究J]复合材料学作用可以将极性的木纤维与非极性的聚丙烯很好报19929(4)77-8地结合起来从而使复合材料具有优良的整体性能[2]中国林科院木工所.聚丙烯纤维对木/塑纤维复合材料性能影响的初步研究J]木材工业J997J1(6)5-7偶联剂的分子结构、浓度对聚丙烯和木纤维的界面[3]李坚.走向21世纪的木质复合材料J]世界林业研究199区域的影响有待进一步研究和探讨。3结语[4] F M B Coutinho, T H S Costa D L Carvalho, Polypropylene-Wood1)聚丙烯连续相中加入少量的木纤维对聚丙烯Fiber Composites Effect of Treatment and Mixing Conditions onMechanical Properties[ J ] Joumal of Applied Polymer Science材料有明显的增强作用加入量控制在10%以内。1997(65):1227-12352)马来酸酐接枝改性聚丙烯在熔融状态下与木[5]李颖谢续明.马来酸酐·苯乙烯多组分单体熔融接枝聚丙烯的纤维混合制得的木塑复合材料的抗拉强度不增反减机理研究J]高等学校化学学报2000(4)374642中……+…++:…+日………++…+…十……+…++日……十…+全国人造板标准概况之现行标准(截至2004年12月底1纤维板茶叶包装用胶合板LY/T1170-1995难燃中密度纤维板GB/T18958-2003乒乓球拍用胶合板LY/T1115-1993中密度纤维板GB/T1718-1999热带阔叶树材普通胶合板GB/T13009-1991薄型硬质纤维板LY/T1205-199刨切单板GB/T13010-1991浮雕纤维板LY/T1204-19974人造板饰面材料及饰面人造板硬质木纤维瓦楞板LY/T1203-1997实木复合地板GB/T18103-2000硬质纤维板GB/T12626-1990浸渍纸层压木质地板GB/T18102-2000地板基材用纤维板LY/T1611-2003热固性树脂浸渍纸高压装饰层积板(HPL)2刨花板GB/T7911-1999刨花板GB/T4897.1-4897.7-2003聚氯乙烯薄膜饰面人造板LY/T1279-1998石膏刨花板LY/T1598-2002浸渍胶膜纸饰面人造板GB/T15102-199定向刨花板LY/T1580-2000裝饰单板贴面人造板GB/T15104-1994抗静电木质活动地板LY/T1330-1999饰面用浸渍胶膜纸LY/T1143-1993模压刨花制品(家具类)GB/T15105-1994不饱和聚酯树脂装饰胶合板船用贴面刨花板LY/T1057-1991LY/T1070-1071-19923胶合板5木材工业用胶粘剂胶合板GBT9846.1~9846.8-2004水基聚合物异氰酸酯木材胶粘剂集装箱底板用胶合板GB/T19536-2004LY/T1601-2002竹编胶合板GBT13123-2003木材工业胶粘剂术语LY/T1280-1998竹篾层积材LY/T1072-2002木工用氯丁橡胶胶粘剂LY/T1206-1997汽气车车厢底板用竹材胶合板LY/T1055-2002脲醛预缩液LY/T1180-1995旋切单板LY/T1599-2002木材工业胶粘剂用脲醛、酚醛、三聚氰胺甲醛树脂混凝土模板用浸渍胶膜纸贴面胶合板GBT14732-1993LY/T1600-2002木材胶粘剂及其树脂检验方法航空用桦木胶合板LY/T1417-2001GB/T14074-1993难燃胶合板GB/T18101-20006综合单板内贴式有孔胶纸带LY/T1579-2000室内装饰装修材料-人造板及其制品中甲醛释放竹地板LY/T1573-2000限量GB18580-2001汽气车车厢底板用竹篾胶合板LY/"T1575-2000人造板及其表面装饰术语GB/T182592000混凝土模板用竹材胶合板LY/1574-2000人造板及饰面人造板理化性能试验方法混凝土模板用胶合板GB/T17656-1999GBAT17657-1999纺织用木质层压板LY/T1416-1999中国煤化工度的测定细木工板刂切车厢胶合板名词、术语LY/T1365-1999CNMHG刨切车厢胶合板LY/T1364-1999人造板-板的垂直度和边缘直度的测定木质层积塑料LY/T1401-1415-1999电工层压木板LY/T1278-1998GB/T19367.2-2003湿粘性单板封边胶纸带LY/T1171-1995(未完待续)