玻璃纤维和石墨对HDPE基木塑复合材料综合性能的影响

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木塑复合材料(WPC)有众多优点,但我国的WPC产品在应用方面还存在一定的局限性和缺陷,例如:多数的木塑产品主要应用于户外,存在耐热性不佳、热膨胀系数大、耐摩擦性能较差等缺陷,在一定程度上影响了其应用。为了改善上述局限性和缺陷,同时降低WPC的生产成本和增强代替木制品的优势,本文向木塑复合材料中添加了玻璃纤维以提高其综合性能,添加石墨和玻璃纤维以赋予其抗静电性能和良好的综合性能,探讨了玻璃纤维含量以及不同比例的石墨和玻璃纤维对高密度聚乙烯(HDPE)基复合材料性能的影响规律及作用机制。首先,采用A-171硅烷偶联剂对竹粉或水稻秸秆粉表面进行了改性,并加入了一定量的玻璃纤维或不同配比的石墨和玻璃纤维;然后,采用热压成型工艺制备了HDPE基木塑复合材料;最后,考察了玻璃纤维含量或者石墨和玻璃纤维对复合材料电学性能、力学性能、热学性能及摩擦学性能的影响,并利用SEM观察材料的断面形貌和磨损表面形貌,利用三维表面轮廓仪观测磨损表面粗糙度。主要研究结果如下:(1)玻璃纤维含量对竹粉/HDPE复合材料性能的影响当玻璃纤维含量为3wt%时,能显著提高竹粉/HDPE复合材料的拉伸强度和弯曲强度,与未添加玻璃纤维的复合材料相比,添加玻璃纤维后复合材料的弯曲强度和拉伸强度分别提高了23.54%和19.41%;在30~60℃温度范围内,复合材料长度、宽度方向的线膨胀系数随着玻璃纤维含量的增大而明显减小;相同含量玻璃纤维的复合材料线膨胀系数随温度的升高而逐步增大;在N2气氛下,随玻璃纤维含量的,竹粉/HDPE复合材料的摩擦系数先逐渐增大,而后基本保持不变,磨损率逐渐减小。(2)石墨和玻璃纤维对水稻秸秆/HDPE复合材料性能的影响石墨和玻璃纤维配比达8:7时,材料内部开始形成导电通路,当石墨和玻璃纤维的配比为8:7-14:1时,材料为静电耗散材料,同时其表面摩擦静电在0V小幅波动;随着石墨用量的增加和玻璃纤维用量的减少,材料的摩擦系数呈不断减小的趋势,而其导热系数则不断的增大,当石墨和玻璃纤维的比例为14:1时,复合材料的导热系数最大,比未添加石墨时增加了138%;当石墨和玻璃纤维的配比为10:5时,复合材料的拉伸强度和弯曲强度均达最大值;30℃-70℃条件下,水稻秸秆粉/HDPE复合材料的长度、宽度方向上线膨胀系数随着石墨用量的不断增加和玻璃纤维用量的不断减少呈先减小后增加再减小的趋势,其中当石墨和玻璃纤维的比例为8:7时,复合材料的热膨胀系数最小,同时,同一组分的材料的线膨胀系数随温度的增加而增大。石墨和玻璃纤维的配比为0:15或8:7的水稻秸秆粉/HDPE复合材料产品适用于人流量大的场所地面铺装,如公园、步行街等场所的地板;石墨和玻璃纤维的配比为10:5的水稻秸秆粉/3DPE复合材料产品适用于抗静电场所的地面铺装,如微机室、电子产品、纺织产品等场所。
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