第19卷第1期木材工業(yè)2005年1月Vol, 19 No. 1CHINA WOOD INDUSTRYJanuary 2005研究簡(jiǎn)報(bào)Ⅲ聚丙烯與木纖維的復(fù)合研究張立芳南京林業(yè)大學(xué)木材工業(yè)學(xué)院,南京210037)摘要:通過(guò)檢測(cè)以木纖維和聚丙烯為原料制造的木塑復(fù)合材料的抗拉強(qiáng)度研究了木纖維和聚丙烯的復(fù)合性能并分析了木纖維與聚丙烯的質(zhì)量比、馬來(lái)酸酐改性聚丙烯及偶聯(lián)劑對(duì)復(fù)合材料抗拉強(qiáng)度的影響。試驗(yàn)結(jié)果表明,當(dāng)聚丙烯與木纖維的混合比為10:3、偶聯(lián)劑加入量約為聚丙烯質(zhì)量的3%~5%時(shí)木塑復(fù)合材料的抗拉性能最佳。關(guān)鍵詞:聚丙烯;木纖維;抗拉強(qiáng)度中圖分類號(hào)T653.6,TQ324文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼文章編號(hào):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復(fù)合是高分子材料發(fā)展的重要方向之—其目械性能、耐熱性能優(yōu)良化學(xué)穩(wěn)定性好,對(duì)水穩(wěn)定性的是發(fā)揮單一材料的各種優(yōu)異性能,制造出具有多特別好幾乎不吸水。木纖維來(lái)源廣是天然高分子種優(yōu)良性能的新材料。材料。本文初步探索聚丙烯與木纖維的復(fù)合性能。木塑復(fù)合材料是以各種形態(tài)的木材原料如木1試驗(yàn)材料與方法纖維、刨花、單板等與某一種或幾種合成纖維在一定1.1試驗(yàn)材料的條件下復(fù)合而成的材料。與木材相比木塑復(fù)合木纖維樹(shù)種為意楊( Populus spp.)和馬尾松材料的抗水性、尺寸穩(wěn)定性和力學(xué)性能等都有明顯( Pinus massoniana)楊木纖維與松木纖維的混合比提高,可制成地板、樂(lè)器、運(yùn)動(dòng)器材和裝飾材料等。例為7:3江蘇丹陽(yáng)中密度纖維板廠提供。木塑復(fù)合材料的制造方法很多,可以用單體浸注于聚丙烯執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)QSH004010592南京金實(shí)體木材或單板中使單體在木材中聚合而成還可陵石化工業(yè)公司塑料廠提供以用木纖維或木粉等與合成樹(shù)脂、塑料顆粒復(fù)改性劑順丁烯二酸酐(即馬來(lái)酸酐,MA)熔合點(diǎn)范中國(guó)煤化工甲麟(BO)熔點(diǎn)范圍聚丙烯是一種性能優(yōu)良的聚烯烴原料,價(jià)格便102CNMH宜結(jié)構(gòu)規(guī)整、結(jié)晶性的聚丙烯無(wú)嗅、無(wú)味、無(wú)毒機(jī)稿叭灬D)RnJ普南京東凱化工廠產(chǎn)1.2試驗(yàn)方法收稿時(shí)間200405-21.2.1原料預(yù)處理作者簡(jiǎn)介張立荒1948—)男南京林業(yè)大學(xué)木材工業(yè)學(xué)院副教授。January 200CHINA WOOD INDUSTRYVol 19 No. 1木纖維經(jīng)過(guò)24×24孔/100cm2的網(wǎng)篩除去比例較小粗大纖維,干燥至含水率2%~5%改性聚丙烯將BPO和MA按比例定量溶解在丙酮液中然后與聚丙烯混合均勻靜置后得到。世801.2.2熔融混合試驗(yàn)設(shè)定3種方案采用A未改▲緊丙稀+木纖溶性聚丙烯、B改性聚丙烯、C未改性聚丙烯中加入偶●案丙+木紆+偶聯(lián)剌聯(lián)劑分別與木纖維混合試制木/塑復(fù)合材料。聚丙10:010:110:210:310:410:5烯與木纖維質(zhì)量混合比分別為10:110:210:3和PP: WF10:4。偶聯(lián)劑加入量:為聚丙烯質(zhì)量的3%~5c圖1木/塑混合比、改性劑與偶聯(lián)劑加量將上述不同配比的混合物分別置入帶攪拌器的對(duì)復(fù)合薄板強(qiáng)度的影響不銹鋼容器內(nèi)。由于聚丙烯的等規(guī)和高度結(jié)晶結(jié)Fig.1 The tensile strength of the composite films made atdifferent mixing ratios and with different chemicals構(gòu)只有溫度達(dá)到其熔融溫度區(qū)(165±5)℃時(shí)才軟時(shí)是以點(diǎn)或棒狀形態(tài)分散在聚丙烯中有一定的增化具有塑性但溫度過(guò)高木纖維易炭化所以需嚴(yán)格強(qiáng)作用。木纖維比表面積、孔隙率較大在連續(xù)相中控制溫度以保證混合物充分熔融、混合均勻。與聚丙烯樹(shù)脂有很大的接觸界面依靠范德華爾分1.2.3制板將攪拌均勻不同配比的熔融態(tài)木塑子水偶極誘導(dǎo)、色散)界面產(chǎn)生牢固結(jié)合。另一方混合物快速移至覆有聚四氟乙烯膜的試驗(yàn)鋼板上,面熔融的樹(shù)脂可滲透到木材細(xì)胞腔中進(jìn)一步提高放入溫度165±5)℃的熱壓機(jī)內(nèi)通過(guò)加壓并且用3界面結(jié)合力。隨著木纖維的質(zhì)量分?jǐn)?shù)逐步增大mm的厚度規(guī)控制厚度將混合物壓成一定厚度的薄分散相逐步有了層狀結(jié)構(gòu)而且與聚丙烯相不相容板冷卻成形后得到木/塑復(fù)合薄板,板幅面為300因此復(fù)合材料的抗拉強(qiáng)度隨著木纖維量增大而下mm×300mm。降1.2.4強(qiáng)度檢測(cè)按照GB1040-79《塑料拉伸試驗(yàn)2.2.2改性劑的影響聚丙烯是當(dāng)今最具發(fā)展前途方法》使用XL250型拉力試驗(yàn)機(jī)(廣州試驗(yàn)儀器的熱塑性高分子材料之一但由于它是非極性高聚廠)檢測(cè)木/塑復(fù)合薄板的抗拉強(qiáng)度。物用途受到限制。采用熔融接枝的方法可提高聚丙烯的極性實(shí)際操作簡(jiǎn)便、經(jīng)濟(jì)適合工業(yè)化生產(chǎn)。2結(jié)果與分析馬來(lái)酸酐是一種很好的聚丙烯接枝改性劑但2.1試驗(yàn)結(jié)果從圖1可見(jiàn)聚丙烯經(jīng)過(guò)馬來(lái)酸酐改性后再與木纖木/塑復(fù)合薄板試樣的抗拉強(qiáng)度檢測(cè)結(jié)果見(jiàn)表1。維復(fù)合復(fù)合材料的抗拉強(qiáng)度不增反降。一般認(rèn)為1不同工藝條件下木/塑復(fù)合薄板的抗拉強(qiáng)度在過(guò)氧化物引發(fā)劑存在的自由基熔融聚丙烯體系Tab. 1 The tensile strength of the polypropylene wood中過(guò)氧化物先分解產(chǎn)生自由基并與聚丙烯分子鏈進(jìn)行氫消除反應(yīng)在聚丙烯分子鏈上生成叔碳自由薄板聚丙烯與木纖維的質(zhì)量比基,該分子自由基既可與馬來(lái)酸酐生成接枝物也能抗拉強(qiáng)度10:110:210:310:410:0A/105Pa127.686.8與另一聚丙烯生成更大分子自由基。但是聚丙烯分B/105Pa68子鏈?zhǔn)逄甲杂苫部梢允狗肿渔湐嚅_(kāi),發(fā)生降解反C/10 Pa應(yīng)生成鏈端有雙鍵的斷分子鏈段,以及伯碳自由基*2聚丙烯+木纖維B改性聚丙烯+木纖維x聚丙烯+木斷分子鏈段。后者是分子量小一些的自由基也能纖維+偶聯(lián)劑形成接枝物。2.2結(jié)果分析以聚丙烯與木纖維的質(zhì)量比為橫坐標(biāo),樣板的總體而言對(duì)于通常的聚丙烯和馬來(lái)酸酐熔融抗拉強(qiáng)度為縱坐標(biāo)試驗(yàn)結(jié)果的直觀分析見(jiàn)圖1。接枝體系聚丙烯在自由基作用下降解嚴(yán)重聚丙烯22.1木/塑復(fù)合比率的影響從圖1中可以看基體的力學(xué)性能不是優(yōu)化而是劣化5。出采用未改性的聚丙烯與木纖維復(fù)合當(dāng)二者的質(zhì)2.2.3偶朕劑的影血,以圖1可見(jiàn)聚丙烯材料中量分?jǐn)?shù)比為10:1時(shí)復(fù)合薄板的抗拉強(qiáng)度較高髓加入中國(guó)煤化工合材料的抗拉強(qiáng)度明著木纖維質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增加強(qiáng)度則下降。原因是木顯地CNMHG種聚合物混合時(shí)可以纖維是含有大量羥基的纖維素分子組成,是極性材達(dá)到分子水平相容絕大多數(shù)聚合物共混物是不相料而聚丙烯是非極性高分子材料兩者摻混時(shí)不能容或者部分相容由于沒(méi)有足夠的相容性不同聚合相容。組分較多的聚丙烯基形成連續(xù)相,當(dāng)木纖維物界面層分子間形成不了足夠的相互纏結(jié)使復(fù)合28第19卷第1期木材工業(yè)2005年1月體的性能達(dá)不到應(yīng)用的要求。要改善組分間相容3)選取適當(dāng)?shù)呐悸?lián)劑能明顯地改善聚丙烯和性通常有兩種方法:一是將兩種組分分別進(jìn)行化學(xué)木纖維之間的界面提高復(fù)合材料的抗拉強(qiáng)度。本改性引入相容性基團(tuán)通過(guò)這些基團(tuán)實(shí)現(xiàn)相容;是研究中偶聯(lián)劑加入量約為聚丙烯質(zhì)量的5%時(shí)木在共混物中加入少量的第三組分即偶聯(lián)劑通過(guò)偶纖維在復(fù)合混合物中所占的比率可達(dá)到23.1%(即聯(lián)劑在兩相界面區(qū)域的聚集降低兩組分間界面張聚丙烯與木纖維的質(zhì)量比為10:3)木/塑復(fù)合材料力提高組分間界面相容性。偶聯(lián)劑是一類在多相的抗拉強(qiáng)度最佳。體系中形成良好接口的物質(zhì),般偶聯(lián)劑分子一端參考文獻(xiàn)有極性基團(tuán)另一端為非極性基團(tuán)通過(guò)偶聯(lián)劑分子[1]楊慶賢木/塑復(fù)合材料及其增強(qiáng)機(jī)理的研究J]復(fù)合材料學(xué)作用可以將極性的木纖維與非極性的聚丙烯很好報(bào)19929(4)77-8地結(jié)合起來(lái)從而使復(fù)合材料具有優(yōu)良的整體性能[2]中國(guó)林科院木工所.聚丙烯纖維對(duì)木/塑纖維復(fù)合材料性能影響的初步研究J]木材工業(yè)J997J1(6)5-7偶聯(lián)劑的分子結(jié)構(gòu)、濃度對(duì)聚丙烯和木纖維的界面[3]李堅(jiān).走向21世紀(jì)的木質(zhì)復(fù)合材料J]世界林業(yè)研究199區(qū)域的影響有待進(jìn)一步研究和探討。3結(jié)語(yǔ)[4] F M B Coutinho, T H S Costa D L Carvalho, Polypropylene-Wood1)聚丙烯連續(xù)相中加入少量的木纖維對(duì)聚丙烯Fiber Composites Effect of Treatment and Mixing Conditions onMechanical Properties[ J ] Joumal of Applied Polymer Science材料有明顯的增強(qiáng)作用加入量控制在10%以內(nèi)。1997(65):1227-12352)馬來(lái)酸酐接枝改性聚丙烯在熔融狀態(tài)下與木[5]李穎謝續(xù)明.馬來(lái)酸酐·苯乙烯多組分單體熔融接枝聚丙烯的纖維混合制得的木塑復(fù)合材料的抗拉強(qiáng)度不增反減機(jī)理研究J]高等學(xué)?；瘜W(xué)學(xué)報(bào)2000(4)374642中……+…++:…+日………++…+…十……+…++日……十…+全國(guó)人造板標(biāo)準(zhǔn)概況之現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)(截至2004年12月底1纖維板茶葉包裝用膠合板LY/T1170-1995難燃中密度纖維板GB/T18958-2003乒乓球拍用膠合板LY/T1115-1993中密度纖維板GB/T1718-1999熱帶闊葉樹(shù)材普通膠合板GB/T13009-1991薄型硬質(zhì)纖維板LY/T1205-199刨切單板GB/T13010-1991浮雕纖維板LY/T1204-19974人造板飾面材料及飾面人造板硬質(zhì)木纖維瓦楞板LY/T1203-1997實(shí)木復(fù)合地板GB/T18103-2000硬質(zhì)纖維板GB/T12626-1990浸漬紙層壓木質(zhì)地板GB/T18102-2000地板基材用纖維板LY/T1611-2003熱固性樹(shù)脂浸漬紙高壓裝飾層積板(HPL)2刨花板GB/T7911-1999刨花板GB/T4897.1-4897.7-2003聚氯乙烯薄膜飾面人造板LY/T1279-1998石膏刨花板LY/T1598-2002浸漬膠膜紙飾面人造板GB/T15102-199定向刨花板LY/T1580-2000裝飾單板貼面人造板GB/T15104-1994抗靜電木質(zhì)活動(dòng)地板LY/T1330-1999飾面用浸漬膠膜紙LY/T1143-1993模壓刨花制品(家具類)GB/T15105-1994不飽和聚酯樹(shù)脂裝飾膠合板船用貼面刨花板LY/T1057-1991LY/T1070-1071-19923膠合板5木材工業(yè)用膠粘劑膠合板GBT9846.1~9846.8-2004水基聚合物異氰酸酯木材膠粘劑集裝箱底板用膠合板GB/T19536-2004LY/T1601-2002竹編膠合板GBT13123-2003木材工業(yè)膠粘劑術(shù)語(yǔ)LY/T1280-1998竹篾層積材LY/T1072-2002木工用氯丁橡膠膠粘劑LY/T1206-1997汽氣車車廂底板用竹材膠合板LY/T1055-2002脲醛預(yù)縮液LY/T1180-1995旋切單板LY/T1599-2002木材工業(yè)膠粘劑用脲醛、酚醛、三聚氰胺甲醛樹(shù)脂混凝土模板用浸漬膠膜紙貼面膠合板GBT14732-1993LY/T1600-2002木材膠粘劑及其樹(shù)脂檢驗(yàn)方法航空用樺木膠合板LY/T1417-2001GB/T14074-1993難燃膠合板GB/T18101-20006綜合單板內(nèi)貼式有孔膠紙帶LY/T1579-2000室內(nèi)裝飾裝修材料-人造板及其制品中甲醛釋放竹地板LY/T1573-2000限量GB18580-2001汽氣車車廂底板用竹篾膠合板LY/"T1575-2000人造板及其表面裝飾術(shù)語(yǔ)GB/T182592000混凝土模板用竹材膠合板LY/1574-2000人造板及飾面人造板理化性能試驗(yàn)方法混凝土模板用膠合板GB/T17656-1999GBAT17657-1999紡織用木質(zhì)層壓板LY/T1416-1999中國(guó)煤化工度的測(cè)定細(xì)木工板刂切車廂膠合板名詞、術(shù)語(yǔ)LY/T1365-1999CNMHG刨切車廂膠合板LY/T1364-1999人造板-板的垂直度和邊緣直度的測(cè)定木質(zhì)層積塑料LY/T1401-1415-1999電工層壓木板LY/T1278-1998GB/T19367.2-2003濕粘性單板封邊膠紙帶LY/T1171-1995(未完待續(xù))