PP木塑复合材料性能及其影响因素的研究

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聚丙烯基木塑复合材料(PP-WPC)是以木粉(或其它植物纤维)和聚丙烯(PP)为主要原料制成的一种复合材料,其产品主要用作天然木材的替代品。与PE木塑复合材料(PE-WPC)相比,PP-WPC具有一系列优点,如:硬度、模量较高,耐磨性能较好,热变形温度较高等。但目前国内通过挤出成型法制备PP-WPC并实现产业化的企业极少,与挤出成型制备的PP-WPC相关性能的研究报道也不多。本文对影响PP-WPC的力学性能、吸水率、尺寸稳定性、老化性能及其主要影响因素进行了研究,目的在于为制备性能好、成本低的PP-WPC提供依据。本文具体研究内容如下:(1) PP-WPC的力学性能研究以PP作为塑料基体,以木粉作为填料,并加入添加剂,用挤出成型法制备了PP-WPC,研究了配方中的木粉、增韧剂、相容剂、偶联剂和颜料等对PP-WPC力学性能的影响。结果表明,随着增韧剂POE和EPDM加入量的增加,PP-WPC的冲击强度提高,但弯曲强度和弯曲模量有一定程度的降低,其中POE提高冲击强度的综合效果优于EPDM;适量加入相容剂或偶联剂能提高PP-WPC的弯曲强度和冲击强度,实验条件下相容剂MAPP最佳用量为8%,偶联剂KH570和KH171最佳用量为1%,其中相容剂提高强度的效果显著优于偶联剂;在高填充量范围,随着木粉含量的增加,PP-WPC的弯曲强度和冲击强度降低;颜料的加入降低了PP-WPC的力学强度,其降低程度顺序为:钛白粉>氧化铁>炭黑。(2) PP-WPC的吸水率和尺寸稳定性研究研究了挤出成型法制备WPC配方中的木粉、添加剂和塑料的热膨胀性能对WPC线性热膨胀系数的影响,并研究了相容剂(马来酸酐接枝聚丙烯)、硅烷偶联剂、塑料含量对WPC吸水率及吸水膨胀率的影响。结果表明,由于制备WPC的主要原料线性热膨胀系数的大小顺序为:木粉<聚丙烯<增韧剂,因此,随着WPC中塑料含量或增韧剂的增加,WPC的线性热膨胀系数增加。随着WPC浸水时间增加,初期WPC的吸水率增加,浸水约30天以后,吸水率达到饱和而不再增加;加入硅烷偶联剂和MAPP都可以降低WPC的吸水率,但加入硅烷偶联剂只能降低WPC的初期吸水率,对WPC的饱和吸水率没有显著影响;而加入MAPP既可降低WPC的初期吸水率,又可以降低其饱和吸水率;随着塑料含量的增加,WPC的吸水率降低。WPC的吸水膨胀率与其吸水率直接相关,总是随其吸水率增加而增加。(3) PP-WPC的稳定性研究以聚丙烯(PP)和木粉为主要原料制备了PP-WPC,用DSC-TG综合热分析仪观察了WPC及其主要原料PP、木粉的热氧化曲线特征,研究了木粉、抗氧剂对WPC氧化诱导时间(OIT)的影响;用烘箱热氧老化法和氙灯老化法研究了炭黑、钛白粉、铁系颜料等对WPC老化性能的影响。DSC-TG综合热分析研究结果表明,在含有抗氧剂1010的条件下,PP和WPC都不会被显著氧化,而当抗氧剂1010消耗完毕后,PP和WPC都会发生明显热氧化而使DSC曲线上出现放热峰,同时使TG曲线上出现快速热失重;在加热条件下,木粉出现持续缓慢失重现象的主要原因是发生了缓慢热分解,抗氧剂对提高木粉的热稳定性没有显著效果;WPC发生持续缓慢热失重的主要原因是WPC中的木粉发生了缓慢热分解;在PP中加入抗氧剂DLTP对提高PP的稳定性无明显效果,但是,在WPC中加入抗氧剂DLTP对提高WPC的热稳定性具有显著效果。烘箱热氧老化法和氙灯老化法研究结果表明,随着老化时间增加,不论是否加入颜料,均有WPC的拉伸强度和氧化诱导时间(OIT)减小,熔融指数和颜色色差增大的现象;在烘箱中老化前和老化后均有加入了钛白粉和铁系颜料的WPC的拉伸强度和OIT较小的现象,而熔融指数较大;WPC中加入颜料后,在氙灯老化过程中,其拉伸强度、熔融指数和OIT的变化均较小。
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