WPC界面增容機(jī)理與應(yīng)用性能研究.pdf

1、木塑復(fù)合材料既具有木材的高強(qiáng)度、高彈性，同時(shí)具有聚合物的高韌性、耐疲勞性等優(yōu)點(diǎn)，因此具有木材和塑料的雙重加工性能。此外還可采用廢舊塑料和木材邊角料等為原料，能有效地利用現(xiàn)有資源，并可被回收利用，對(duì)社會(huì)、經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展具有重要的意義。木塑復(fù)合材料的界面相容性對(duì)其性能有重要影響，因此木塑復(fù)合材料界面相容性研究是當(dāng)前熱門課題之一，開(kāi)展此方面的研究具有重要的理論與現(xiàn)實(shí)意義。
　　論文以自主研發(fā)的新型雙官能團(tuán)偶聯(lián)劑 TCM-8118為主要

2、界面改性劑，與傳統(tǒng)生產(chǎn)中常用的的偶聯(lián)劑（鋁鈦復(fù)合型偶聯(lián)劑、鈦酸酯偶聯(lián)劑、MAH-PE、CG-5001）進(jìn)行對(duì)比研究，探究 TCM-8118的實(shí)際應(yīng)用效果和價(jià)值。論文主要研究 TCM-8118在 PVC基木塑復(fù)合材料中應(yīng)用效果的同時(shí)，嘗試開(kāi)拓 TCM-8118在 PE基木塑復(fù)合材料中的應(yīng)用可能性和改性效果，為下一步 TCM-8118的功能改良與擴(kuò)大應(yīng)用領(lǐng)域奠定基礎(chǔ)。
　　論文以 PVC和 PE為基體，以松木粉為功能性增強(qiáng)材料，采用偶

3、聯(lián)劑預(yù)處理木粉的方法改性木粉，通過(guò)單因素試驗(yàn)法研究偶聯(lián)劑種類和含量對(duì)木塑復(fù)合材料綜合性能的影響，尋找最優(yōu)工藝方案。分別采用兩種不同的成型方式制備木塑復(fù)合材料，其中采用擠出成型方式制備 PVC基木塑復(fù)合材料，采用模壓成型方式制備 PE基木塑復(fù)合材料。利用萬(wàn)能力學(xué)試驗(yàn)機(jī)、擺錘沖擊試驗(yàn)機(jī)等儀器分析木塑復(fù)合材料的物理性能和力學(xué)性能，采用 SEM進(jìn)行微觀形貌分析，采用FTIR研究 TCM-8118界面相容性改良機(jī)理，采用 DSC、TG、DMA深入

4、研究 TCM-8118對(duì)木塑復(fù)合材料的界面改性效果。得到以下研究結(jié)果：
　?。?）TCM-8118雙官能團(tuán)偶聯(lián)劑對(duì) PVC基木塑復(fù)合材料的界面改性效果比傳統(tǒng)的偶聯(lián)劑（鋁鈦復(fù)合型偶聯(lián)劑、鈦酸酯偶聯(lián)劑）的改善效果優(yōu)異。采用 TCM-8118制備的WPC比采用鈦酸酯和鋁鈦復(fù)合型制備的WPC吸水率低1.3％和2%，含水率低4.8倍和1.4倍，因此具有更好的耐水性能和尺寸穩(wěn)定性，且制備的WPC密度、含水率、吸水性波動(dòng)均很小，并且在合格范圍之

5、內(nèi)。采用TCM-8118制備的WPC的抗彎強(qiáng)度、抗彎彈性模量、拉伸強(qiáng)度比鋁鈦復(fù)合型偶聯(lián)劑制備的WPC分別提高10%、7%、3%，比鈦酸酯偶聯(lián)劑制備的WPC分別提高18%、25%、5%，而采用鋁鈦復(fù)合型偶聯(lián)劑制備的WPC的沖擊性能是最高的，TCM-8118次之，鈦酸酯最小。因TCM-8118分子自身的分子結(jié)構(gòu)和分子中基團(tuán)通過(guò)范德華力、化學(xué)鍵結(jié)合、機(jī)械嚙合的綜合作用，使界面形成良好的連續(xù)相結(jié)構(gòu)，改善了木粉與 PVC的界面結(jié)合，使其相容性大大

6、提高，從而使木塑復(fù)合材料的綜合性能也得到提升。
　　（2）在木塑比為40/60條件下，TCM-8118添加量從0.4%增加到1.0%時(shí)，木塑復(fù)合材料的彎曲性能、沖擊韌性、拉伸強(qiáng)度隨 TCM-8118的增加呈現(xiàn)先增加后減小的趨勢(shì)，在添加量為0.8%取得最大值，分別比添加量為0.4%提高了27%、41%、60%、50%，因此TCM-8118較優(yōu)添加量應(yīng)為0.8%；在木塑比為30/70條件下，得到類似結(jié)果。
　?。?）通過(guò)FTIR

7、分析可知，TCM-8118改性的木塑復(fù)合材料在3400 cm-1左右的-OH峰強(qiáng)度明顯降低，這是由 TCM-8118結(jié)構(gòu)中反應(yīng)活性很高的-NCO與纖維素中的羥基反應(yīng)使得羥基大量減少所致，使纖維表面極性降低，進(jìn)而與 PVC更好的粘合，因此 TCM-8118能明顯改善木粉與塑料界面間的相容性，在一定程度上提高了木塑復(fù)合材料的穩(wěn)定性，改性效果優(yōu)于傳統(tǒng)的鈦酸酯偶聯(lián)劑與鋁鈦復(fù)合型偶聯(lián)劑。
　　（4）通過(guò) SEM、DSC、TG、DMA的聯(lián)合分

8、析知，進(jìn)一步證明 TCM-8118能明顯改善木粉與塑料界面間的相容性，合適的添加量能更有效的增強(qiáng)復(fù)合體系的界面結(jié)合強(qiáng)度，且效果優(yōu)于傳統(tǒng)的鋁鈦復(fù)合型偶聯(lián)劑和鈦酸酯偶聯(lián)劑。
　?。?）TCM-8118雙官能團(tuán)偶聯(lián)劑在 PE基木塑復(fù)合材料中的應(yīng)用效果較其在 PVC基木塑復(fù)合材料中差，但仍然具備一定的增容效果。當(dāng)偶聯(lián)劑添加量一定時(shí)，采用CG-5001改性木粉制備的PE基木塑復(fù)合材料的含水率、吸水率、吸水厚度膨脹率較低，TCM-8118改性

9、木粉制備的PE基木塑復(fù)合材料的含水率、吸水率、吸水厚度膨脹率最高，因此尺寸穩(wěn)定性稍差。當(dāng)木塑配比一定時(shí)，隨著 TCM-8118的用量增加，PE基木塑復(fù)合材料含水率、吸水率、吸水厚度膨脹率都呈現(xiàn)先減后增的趨勢(shì)，并且在添加量為0.8%時(shí)有較小值。當(dāng)偶聯(lián)劑添加量一定時(shí)，增加木粉比例，PE基木塑復(fù)合材料含水率、吸水率、吸水厚度膨脹率均呈現(xiàn)增加的趨勢(shì)。
　?。?）在相同木塑比和偶聯(lián)劑添加量下，TCM-8118改性木粉制備的PE基木塑復(fù)合材料

10、沖擊韌性最佳，CG-5001改性木粉制得的PE基木塑復(fù)合材料的彎曲性能和抗拉強(qiáng)度最佳。在相同木塑比下，TCM-8118含量從0.4%增加到1.0%時(shí)，PE基木塑復(fù)合材料抗彎強(qiáng)度、抗彎彈性模量、拉伸強(qiáng)度呈現(xiàn)先減后增的趨勢(shì)，沖擊韌性呈現(xiàn)先減后增再減的趨勢(shì)，但都在添加量為0.8%時(shí)出現(xiàn)最大值。TCM-8118用量為0.8%、木塑比40/60時(shí)，PE基木塑復(fù)合材料 MOR和 MOE最大值分別為13.74 MPa和288.12 MPa；TCM-8

11、118用量為0.8%、木塑比30/70時(shí)，MOR和MOE最大值分別為15.09MPa和229.60MPa；PE基木塑復(fù)合材料拉伸強(qiáng)度最大值分別為11.79 kJ/m2（木塑比40/60）和13.01 kJ/m2（木塑比為30/70）；PE基木塑復(fù)合材料抗沖擊強(qiáng)度最大值為13.94 kJ/m2（木塑比40/60）和13.94 kJ/m2（木塑比為30/70）。在相同偶聯(lián)劑添加量條件下，增加木粉含量，PE基木塑復(fù)合材料的彎曲強(qiáng)度、沖擊韌性、