1、A 文章编号:1001-9456（200606-0046-04Prepara ti on of HD PE /W ood Flour Co m positesM od i f i ed by HD PE 2g 2M AH andStudy on Processi n g Equ i p m en tS ONG Guo 2jun,WANG Hai 2l ong,WANG L i,L I Pei 2yao,Q I Feng,G U Zheng（I nstitute of Poly merMaterials,Q ingdao University,Q ingdao,Shandong 266071,C
2、hina Abstract:HDPE /wood fl our composites were p repared with HDPE 2g 2MAH as compatibilizer by a t w in 2scre w extruder,the best content of HDPE 2g 2MAH was ensured thr ough the characterizati on of mechanical p r op 2erties and m icr ocos m ic structure .Then different wood p lastic composites w
3、ere p repared by single 2scre w extru 2der,t w o 2r oll m ill and banbury m ill .The results sho wed that HDPE 2g 2MAH had a positive effect on the interfa 2cial compatibilizati on and increased the mechanical p r operties of the HDPE /wood fl our composites and dis per 2sing effect of wood fl our .
4、W hen the content of HDPE 2g 2MAH was 5%,the wood p lastic composites had the ex 2cellent p r operties made by a t w in 2scre w extruder with high shear effect .Key words:wood p lastic composites;compatibilizer;mechanical p r operties;p r ocessing equi pment热塑性木塑复合材料（Wood Plastic Composites,简称W PC 指
5、的是采用木纤维或者植物纤维填充、增强,经过热压复合、熔融挤出等不同加工方式制成的改性热塑性材料。近年来,随着全球资源日趋枯竭、社会环保意识日渐高涨,对木材和石化产品的应用也提出了更高的要求。因此木塑复合材料这种既能发挥材料中各组分的优点,又能充分利用废弃木材和塑料,减少环境污染,提高材料附加值的产品愈来愈受到人们的关注。研究表明:木塑复合材料能够广泛应用于地板、托盘和汽车配件等领域13。由于亲水性的木粉和疏水性的聚烯烃树脂的相容性很差,加工过程中木粉容易团聚,分布不均匀,造成复合材料的力学性能较差。这些缺点极大地限制了木塑复合材料的进一步应用。众所周知,增加复合材料643收稿日期:2006-0
6、6-23作者简介:宋国君（1957-男,教授,博士,博士生导师,1992年获北京化工大学材料学博士学位,主要从事纳米材料及其复合材料,多相聚合物材料的研究。中填料和基体的相容性能够改善分散,提高性能;为了改善木粉和树脂间的界面结合力和相容性,各国学者进行了研究48。但相容剂的选择及其最佳用量、以及加工工艺对性能的影响仍需要深入的研究。文中采用HDPE2g2MAH做增容剂,在固定聚乙烯与木粉比例为5045的条件下,变化不同相容剂的用量,采用双螺杆熔融挤出制备了HDPE/木粉复合材料。通过力学性能测试确定了相容剂的最佳用量,并利用扫描电子显微镜（SE M对材料的亚微观形态进行观察,同时为了考察加工
7、工艺对材料性能的影响,相同含量下对比采用了单螺杆挤出法、双辊混炼法和密炼法制备出复合材料,进行了对比测试表征;讨论了加工条件、加工设备对木粉的分散性及材料性能的影响。1实验部分1.1主要原料高密度聚乙烯HDPE2480:齐鲁石化公司M FR= 01124g/10m in（190,510kg;木粉（100目:自制;HDPE2g2MAH:接枝率111%,M FR=115g/10m in （190,510kg,自制;润滑剂、抗氧剂等辅助添加剂:市售。1.2主要设备和仪器电热鼓风干燥机:10123A型;电子拉力试验机:DXLL250000,上海登杰机械设备有限公司;注塑机:FT280,浙江申达塑料机械
8、有限公司;简支梁冲击试验机:XJJ250,承德金建检测仪器有限公司;双螺杆挤出机:S LJK,成都科强高分子工程公司;高速搅拌机:天津市大明电机公司;单螺杆挤出机:JS265B,胶州华兴塑料机械有限公司;双辊开炼机:SK21608,上海橡胶机械厂;密炼机:X（SN210,大连通用橡胶机械有限公司;扫描电子显微镜:JS M2840,日本JE OL公司。1.3样品的制备将木粉在鼓风干燥箱中烘干脱水至恒重,与HDPE、HDPE2g2MAH、润滑剂、抗氧剂等按照一定比例混合,放置于高搅机中搅拌均匀,然后在双螺杆、单螺杆、双辊和密炼机上塑炼,再破碎注塑制备样条。各种机械的加工参数如下所示:料筒/口模温度
9、170/175/180/ 180/185/185/185,螺杆转速100r/m in;料筒/口模温度170/180/ 185,螺杆转速60r/m in;前辊180/后辊175,辊距115mm;进料180/卸料175,转速40r/m in。1.4性能测定1.4.1力学性能测试分别按G B/T1040292和G B/T9341200在电子拉力试验机上测定试样的拉伸强度和弯曲强度,按G B/ T1842296在简支梁冲击试验机上测定试样的缺口冲击强度。1.4.2熔体流动速率（M FR的测定用熔体流动速率仪测定复合材料的熔体流动速率（M FR,条件:190,负荷5kg。1.4.3扫描电子显微镜（SE
10、M观察材料样品断面喷金处理,在扫描电子显微镜上观察材料断层表面形态,加速电压为60kV。2结果与讨论2.1HDPE2g2MAH的含量对HDPE/木粉复合材料性能的影响图1考察了HDPE2g2MAH的加入对木塑复合材料拉伸强度和弯曲强度的影响。未加相容剂的体系由于木粉和聚乙烯间的相容性很差,两相界面粘结力较弱,木粉分散尺寸大,不均匀,复合体系力学性能较差。图1HDPE2g2MAH的加入量对木塑材料的拉伸强度和弯曲强度的影响曲线从图1中可以看出,拉伸强度和弯曲强度分别只有2210MPa和2317MPa。而加入相容剂之后,复合材料的力学性能明显提高,随着HDPE2g2MAH添加量的增加逐渐提高。这是
11、因为相容剂加入以后,木粉分散尺度小,应力缺陷少,木粉和基体之间界面结合力增加,形成一个连续的界面层,受力过程中可以有效地传递应力,从而提高了强度。当HDPE2g2MAH的质量含74量为5%时,拉伸强度和弯曲强度分别为4416MPa 和4910MPa,是未加相容剂的2倍多。但是当相容剂的加入量超过5%时,由于接枝物本身的力学性能较差,大量添加反而使拉伸强度不再提高,而弯曲强度则出现下降趋势,因此可以确定相容剂添加量为5%时为最佳用量。冲击强度是评价体系韧性的重要指标。图2给出了随HDPE 2g 2MAH 加入量的增加复合材料缺口冲击强度的变化曲线。从图中可以看出,复合材料的冲击强度并没有因相容剂
12、的加入而提高,反而略有下降,达到一定程度后缓慢上升。这个实验结果与苑东兴等人8的结果相似。认为出现这种现象的原因是未加相容剂的体系中,木粉的分散尺度大,相对含量小,材料中聚乙烯基体的连续程度高,冲击受力过程中主要由聚乙烯基体吸收能量,而且大量的柱形木粉尺寸大,纵向穿插在基体中,木粉本身抗击冲能力强,一定程度上提高冲击,因此冲击强度较高;而加入相容剂后,木粉的分散尺度明显减小,分散密度明显增大,破坏了材料中聚乙烯基体的连续性,因此冲击受力过程中,需要由木粉和基体之间的界面来吸收大部分能量,而界面之间的吸收能力肯定小于纯聚乙烯基体,因此冲击强度略有降低,当相容剂增加到一定程度后,增加了材料中聚合物
13、的相对含量,提高了能量吸收能力,冲击强度出现回升趋势。综合来说,相容剂的加入有效地改善了木粉和树脂基体的界面粘结力,提高了木粉在体系中的分散性。虽然加入5%相容剂时冲击强度比未加时略低,但仍达到612kJ /m 2高于实际应用的均聚型聚丙烯等材料,而且加入相容剂后,拉伸强度和弯曲强度明显提高,分别达到4416MPa 和4910MPa,因此具有广泛的市场应用价值 图2HDPE 2g 2MAH 的加入量对材料的缺口冲击强度的影响曲线2.2复合体系的微观形貌从图3（a 中没有添加相容剂的复合材料的断层扫描照片中可以看出,未加相容剂时木粉和树脂基体界面结合很差,断层时木粉被抽出,从而形成了较大尺寸凸立
14、的柱形体或空洞,说明木粉与聚乙烯基体之间存在明显的相分离现象;分离的两相在复合材料受力过程中界面应力集中,不利于应力的分化,从而造成力学性能较差图3（a 未加相容剂的木塑材料的断层扫描照片,（b 、（c 为加入HDPE 2g 2MAH 的木塑材料的断层扫描照片而图3（b 可以看出,加入相容剂后,木粉与聚乙烯基体之间形成均匀一致的体系,断面模糊,没有柱形木粉或空洞存在,这是因为加入相容剂增加了木粉和基体之间的界面结合力,在挤出剪切作用下,木粉分散成较小尺寸后,在竞争条件下,相容剂对木粉界面的作用力大于木粉自聚力,因此没有形成自聚,从而使木粉均匀地分散在了基体中;图3（c 是加入相容剂后断面的放大
15、图,可以清晰地看出,木粉的表面被很好地包覆84着一层马来酸酐接枝聚合物,这说明改性是成功的。因此木粉在基体中分散均匀、尺寸小、界面作用力大的情况下,对材料的性能提高幅度将更加明显。2.3不同加工设备对制备的HDPE/木粉复合材料性能的影响表1给出了在相同配方的情况下,不同加工设备对HDPE/木粉复合材料力学性能的影响。从中可以看出,机械加工设备对复合材料的力学性能有着显著的影响。双螺杆挤出机效果最好,双辊混炼机和单螺杆挤出机次之,密炼机效果最差。表1不同加工设备对HDPE/木粉复合材料力学性能的影响加工设备冲击强度/（kJ/m2拉伸强度/M Pa弯曲强度/MPa杨氏模量双辊混炼机6.547.7
16、37.41785单螺杆挤出机6.044.635.11700双螺杆挤出机6.249.044.61990密炼机8.138.334.81150这是因为双螺杆的剪切力最强,剪切后的木粉尺寸最小,使木粉和相容剂的接触面积增大,表面改性效果最好,宏观上力学性能最好;双辊混炼机剪切力较高,略差于双螺杆挤出机,但其生产效率低,劳动强度大;单螺杆挤出机熔融过程中剪切力小,在挤出成型处有压缩剪切起到有限的作用力,效果较差;密炼机混炼过程中,转子间隙大,剪切力最小,效果最差。因此要制备分散均匀,性能优异的木塑复合材料需要加入HDPE2g2MAH作相容剂的情况下,采用剪切效果好的双螺杆挤出机进行制备。3结论1实验测试
17、结果表明,当HDPE2g2MAH作为相容剂加入量为5%时,木塑复合材料的性能最佳,拉伸强度和弯曲强度分别提高了103%和107%,缺口冲击强度较低,但仍然达到了612kJ/m2。扫描电子显微镜观察发现,接枝物作为相容剂起到了良好的界面增容作用,分散尺寸更小,分散更均匀,界面结合力更强。2不同的加工设备对制备的HDPE/木粉复合材料的性能也有着显著的影响。高剪切作用的双螺杆挤出机增大了木粉与相容剂的接触表面积,提高了木粉在基体中的分散性,得到的复合材料综合性能最好,双辊和单螺杆次之,密炼机效果最差。参考文献:1刘磊.绿色环保物流器具塑木复合托盘J.物流技术与应用,1999,4（3:39.2郭万良
18、.国外木塑复合材料研究概况J.林业勘察设计,2002,3:59-61.3秦志国,闻荻江.热塑性木塑复合材料的研究进展J.苏州大学学报,2005,25（3:41-44.4刘文鹏,李炳海.不同相容剂对PP/木粉复合材料力学性能的影响J.塑料,2005,34（5:21-24.5殷小春,任鸿烈.对改善木塑复合材料表面相容性因素的探讨J.塑料,2002,31（4:25-28.6B randt,Fridley.Effect of l oad rate on flexural p r operties of wood p lastic compositesJ.Wood and Fiber Science,2
19、003,35（1:135-147.7B ledzki,Andrzej K,Farnk,et al.Physico2me2chanical studies of wood fiber reinf orced compositesJ.Poly mer2PlasticsTechnol ogy and Engineering,2002,41（3:435-45.8张明珠,薛平,周甫萍.木粉/再生热塑性塑料复合材料性能的研究2000J.塑料,29（5:39-40.9苑东兴,刘荣德,史贞.木粉填充聚乙烯的研究J.塑料工业,31（5:24-27.（本文编辑SXQ国内快讯反应注射成型技术的发展（日 第51卷进步
20、篇第226233页2005年反应注射成型技术自1964年德国Bayer公司研发成功,被广泛应用于家具、建材、汽车制造等领域,发展速度很快。近年来,一种微细发泡技术和反应注射成型相结合的新型反应注射成型技术“MCF2R I M”初见端倪,受到人们极大的关注。“MCF2R I M”反应注射成型的原理是:采用热力学不稳定现象进行成型,采用N2、CO等惰性气体为发泡剂,通过高压泵定量地将发泡剂注入液态树脂中,在5s的时间里可溶解于液态树脂中,经反应后注射成型得到微细发泡制品。“MCF2R I M”反应注射成型的特点1可得到泡孔均匀,平均孔径为12m的微细成型制品;2能够生产制备连续气泡和独立气泡的制品;3与常规发泡注射成型技术相比,成型周期短、生产效率高;4采用惰性气体为发泡剂,用量少、成本低;5能够生产出用常规发泡成型技术所不能生产的发泡制品。（刘际泽9
