PVC木塑復(fù)合材料的配方及其性能

唐文斌

（東莞市華立實(shí)業(yè)股份有限公司，廣東東莞 523561）

PVC木塑復(fù)合材料的配方及其性能

唐文斌

（東莞市華立實(shí)業(yè)股份有限公司，廣東東莞 523561）

隨著科技的發(fā)展，人們對(duì)于材料方面的要求也越來(lái)越高，開(kāi)始不滿足于原有的單一材料，因此，PVC木塑復(fù)合材料應(yīng)運(yùn)而生。PVC是聚氯乙烯的簡(jiǎn)稱，而木塑復(fù)合材料則是使用植物纖維或者是木纖維對(duì)熱塑性材料進(jìn)行填充或者增強(qiáng)，同時(shí)具有塑料盒木材的特點(diǎn)，在某些方面可以用來(lái)代替木材或者塑料。主要研究 PVC 木塑復(fù)合材料的組成以及對(duì) PVC 木塑復(fù)合材料的性能進(jìn)行分析。

聚氯乙烯；木塑復(fù)合材料；性能分析

隨著技術(shù)的進(jìn)步，人們對(duì)于材料的要求也在逐漸提高，漸漸不滿足于原有的單一材料，因此，復(fù)合材料應(yīng)運(yùn)而生。其中，PVC 木塑復(fù)合材料占有一定的比重，PVC 木塑復(fù)合材料不僅具有木材的特性，還同時(shí)具有塑料的特點(diǎn)，是一種新型的綠色的環(huán)保材料。其具有諸多優(yōu)點(diǎn)，例如：來(lái)源豐富、可回收、原料廉價(jià)等；此外，相對(duì)于塑料而言，其可以減少對(duì)環(huán)境的污染；而對(duì)于木材來(lái)說(shuō)，則可以更好地保護(hù)森林環(huán)境以及資源；總的來(lái)說(shuō)，可以有效地促進(jìn)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，具有良好的生態(tài)效益以及社會(huì)效益。

木塑材料能否具有更廣闊的使用空間，取決于木塑材料的性能，很多年來(lái)，科技人員對(duì)木塑材料的配方以及性能進(jìn)行了大量的研究，并取得了一定的進(jìn)步。本文通過(guò)對(duì)比云杉木粉和楊木粉的粒度、木粉含量以及微觀結(jié)構(gòu)等因素，對(duì) PVC木塑材料的性能進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 原料

楊木粉和云杉木粉均屬于軟木，但它們的種類又有所不同，楊木是闊葉木，而云杉木則是針葉木。所選用的實(shí)驗(yàn)材料均為已失去活力的植物細(xì)胞的細(xì)胞壁，因此，取以下三種類型材料：1號(hào)楊木粉，粒徑212μm；2號(hào)楊木粉，粒徑150μm；云杉木粉，粒徑212μm。PVC 基選用的是 SG 5型，其他材料均為市面上常見(jiàn)材料，如：穩(wěn)定劑、塑料助劑等。

1.2 儀器設(shè)備

天津烘箱廠生產(chǎn)的 DH-101-3S 型號(hào)的恒溫鼓風(fēng)干燥箱 ；北京市攪拌食品機(jī)械公司生產(chǎn)的 JM-10型號(hào)的高速混合機(jī) ；上海擠出機(jī)械廠制造的 SJ-45×25F 型號(hào)的單螺桿擠出機(jī) ；河北承德市材料試驗(yàn)機(jī)廠生產(chǎn)的 UJ-40型號(hào)的沖擊試驗(yàn)機(jī) ；長(zhǎng)春實(shí)驗(yàn)機(jī)研究所的 CSSA 2110型號(hào)的電子萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī) ；美國(guó) FEI公司的 FP6800173型號(hào)的發(fā)射掃描電鏡。

1.3 工藝流程

使用鼓風(fēng)干燥箱，在110℃下，恒溫干燥6h，對(duì)木粉進(jìn)行預(yù)干燥，確保脫除木粉表面的吸附水以及木粉內(nèi)毛細(xì)管中的吸附水和自由水。其中，螺桿的轉(zhuǎn)速為 20～60r/min ；口模形狀是棒材，直徑為10mm ；擠出機(jī)各個(gè)階段溫度分別是160～165℃，170～175℃，180～185℃，180～185℃。

1.4 性能測(cè)試

按照 GB/T 1040—2006，在室溫下對(duì)其進(jìn)行拉伸性能測(cè)試，拉伸的速度是 50mm/min ；按照 GB/T 1043—2008 塑料簡(jiǎn)支梁的沖擊實(shí)驗(yàn)的方法，對(duì)式樣進(jìn)行24h 的時(shí)效處理，之后進(jìn)行沖擊性能測(cè)試。

2 結(jié)果分析

木塑復(fù)合材料的木粉填充量可以達(dá)到70% 以上，所以說(shuō)，對(duì)木粉進(jìn)行進(jìn)一步的研究就顯得十分重要，例如：木粉的尺寸、形態(tài)、化學(xué)組成等。這些因素對(duì)木粉的化學(xué)性質(zhì)和物理性質(zhì)有著很大的影響，直接決定了木塑復(fù)合材料性能的好壞。

2.1 木粉的微觀結(jié)構(gòu)

云杉木和楊木的細(xì)胞尺寸如表1所示，實(shí)驗(yàn)所用木粉在SEM 電鏡下的掃描照片如圖2所示。

表1 云杉和楊木的細(xì)胞尺寸

圖1 1號(hào)楊木粉

圖2 2號(hào)楊木粉

圖3 云杉木粉

從圖2可以看出，云杉木粉的纖維細(xì)胞基本已經(jīng)被破壞，導(dǎo)致細(xì)胞腔大部分裸露在外；而1號(hào)楊木粉的纖維細(xì)胞大部分沒(méi)有被破壞，2號(hào)楊木粉的粒徑較小，和1號(hào)楊木粉相比，被破壞的細(xì)胞數(shù)量增加。

2.2 木粉的種類和粒徑對(duì)材料性能的影響

將木粉烘干，之后經(jīng)高速和樹(shù)脂進(jìn)行混合造粒，最后經(jīng)過(guò)擠出機(jī)擠出成型，將所得到的板材制樣，并對(duì)制樣進(jìn)行性能測(cè)試。PVC 份為 100phr，當(dāng)木粉的質(zhì)量分?jǐn)?shù)是 66.7% 時(shí)，在拉伸強(qiáng)度以及沖擊強(qiáng)度兩個(gè)方面來(lái)說(shuō)，云杉木粉比2號(hào)楊木粉高，然而，2號(hào)楊木粉比1號(hào)楊木粉高，而且差值較大；對(duì)于彎曲強(qiáng)度來(lái)說(shuō)，大致趨勢(shì)也是如此，但是其差值不如拉伸強(qiáng)度以及沖擊強(qiáng)度的差值大。塑料和木粉的兩相界面和所得制品的性能有著密不可分的關(guān)系，其中，對(duì)其起著決定性作用的因素是木粉的分散程度。木粉分散的程度越高，即越均勻，則兩相接面積就越大，所得到的的制品的性能就越好。在 SEM 電鏡中可以看出，2號(hào)楊木粉的粒徑小于1號(hào)楊木粉，則其接觸面積要比1號(hào)鹽母粉的接觸面積大，所以，其各種性能都比1號(hào)楊木粉好。

上述結(jié)果表明，木粉表面纖維的裸露程度決定了木塑復(fù)合材料的性能，即細(xì)胞被破壞的程度越嚴(yán)重，表面纖維的裸露程度就越高，接觸面積越大，性能越好。

2.3 木粉添加量對(duì)材料性能的影響

對(duì) PVC 木塑復(fù)合材料的性能有較大影響的另一個(gè)因素是木粉的添加量，隨著木粉質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增加，沖擊強(qiáng)度不斷下降，而拉伸強(qiáng)度在木粉質(zhì)量分?jǐn)?shù)為16.7% 的時(shí)候達(dá)到最小值，后逐漸增加，并趨于平穩(wěn)。隨著木粉用量的增加，復(fù)合材料的彎曲模量在木粉比例為16.7% 時(shí)，達(dá)到最小值，之后逐漸增加 ；彎曲強(qiáng)度逐漸降低，在木粉比例達(dá)到34% 時(shí)，有最小的彎曲強(qiáng)度，之后逐漸增加，并趨于平穩(wěn)，達(dá)到58MPa。

沖擊強(qiáng)度下降主要是由于木粉的數(shù)量增加導(dǎo)致沖擊更容易引起瞬間破壞；而且，隨著木粉用量的增加，一些木粉顆粒之間會(huì)交叉接觸，阻止因外力作用而發(fā)生的形變。當(dāng)木粉的質(zhì)量分?jǐn)?shù)較小時(shí)（16.7%），無(wú)法形成連續(xù)相，因此，木粉顆粒分散不均勻，呈“海島狀”，分散在塑料中，而且，木粉顆粒之間間距較大，不能相互制約，在外力的作用下，因木粉顆粒的存在，塑料相會(huì)形成銀紋，而其受力屈服會(huì)受到阻礙。隨著木粉數(shù)量的增加（66.7%），由于木粉自身密度較小，而體積較大，所以使得木粉顆粒之間的間距變小，而且木粉之間會(huì)互相接觸、交叉，使得性能大大提高。

3 結(jié)論

隨著技術(shù)的進(jìn)步，人們對(duì)于材料的要求也在逐漸提高，漸漸開(kāi)始不滿足于原有的單一材料，因此，復(fù)合材料應(yīng)運(yùn)而生。本文主要研究了 PVC 木塑復(fù)合材料的成分以及對(duì) PVC 木塑復(fù)合材料的性能進(jìn)行了分析研究，得出如下相關(guān)結(jié)論：

1）木塑復(fù)合材料的性能和木粉的粒徑以及種類有關(guān)。粒徑為212μm 的楊木粉所制成的制品的性能不如粒徑為150μm的楊木粉制品 ；當(dāng)粒徑相同，均為212μm 時(shí)，云杉木粉制品的性能要好于楊木粉制品的性能，因其表面有較多的裸露的細(xì)胞腔以及裸露纖維，使得兩相界面能夠更加充分地接觸，因此，云杉木粉制品的強(qiáng)度較高。

2）隨著木粉用量的增加，PVC 木塑復(fù)合材料的彎曲強(qiáng)度以及拉伸強(qiáng)度均有小幅度下降，之后提升，并最終趨于平穩(wěn)，而其沖擊強(qiáng)度隨著木粉用量的增加則會(huì)下降。

[1] 鐘鑫，薛平，丁筠 .改性木粉 /PVC 復(fù)合材料的性能研究 [J].中國(guó)塑料，2004，（3）：62-66.

Study on Formulation and Performance of PVC Wood-plastic Composites

Tang Wen-bin

With the development of science and technology，people’s requirements for materials are getting higher and higher，not satisf i ed with the original single material，therefore，PVC wood-plastic composite material came into being.PVC is the abbreviation of polyvinyl chloride，and wood-plastic composite material is the use of plant fi ber or wood fi ber to fi ll or enhance the thermoplastic material，while the characteristics of plastic box wood，in some ways can be used to replace wood or plastic.The main components of PVC wood-plastic composite materials and the performance of PVC wood-plastic composite materials were analyzed.

polyvinyl chloride ；wood-plastic composite material；performance analysis

TQ325.

：A

：1003–6490（2017）07–0079–02

2017–05–05

東莞市引進(jìn)創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)領(lǐng)軍人才項(xiàng)目 ：導(dǎo)電炭黑對(duì)木粉 /PP復(fù)合材料抗靜電及力學(xué)性能的影響（東人才辦 [2015]1 號(hào)）。

唐文斌（1982—），男，廣東東莞人，工程師，主要從事新產(chǎn)品開(kāi)發(fā)與技術(shù)中心團(tuán)隊(duì)管理工作。