沐鸣注册链接木粉特性对PVC木塑发泡材料性能的影响

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1 试验部分

  1. 1 主要原料

PVC 树脂, S- 700, 中国石油化工股份有限公司齐鲁分公司; ADC 发泡剂, AC3000, 杭州海虹精细化工有限公司; 加工助剂, ACR ZB- 530, 淄博华星助剂有限公司; 钙锌复合稳定剂, R8965, 德国BAERLOCHER有限公司; 木粉及其他助剂, 市售。

  1. 2 主要仪器和设备

PVC专用混合机组, SRL- Z, 张家港市万塑机械有限公司; 单螺杆挤出机, 德国Brabender 公司; 微机控制电子万能试验机, WPW- 20C, 上海华龙测试仪器公司; 显微镜, DMLT, 沐鸣注册链接德国莱卡公司; 密度仪, DH100,日本东洋精机株式会社; 热重仪, 2950, 美国TA公司。

  1. 3 测试方法

①拉伸强度及断裂伸长率按照GB/T 1040— 2006《塑料拉伸性能的测定》检测, 拉伸速度20mm/min。②冲击强度按照GB/T 1043—2008《塑料简支梁冲击性能的测定》检测。③弯曲强度按照GB/T 9341—2000《塑料弯曲性能的测定》检测。④密度按照GB/T 1033—2008《塑料非泡沫塑料密度的测定》检测。⑤热重分析( TGA) : 直接把样品放在燃烧室内, 通N2 后进行检测, 由仪器绘出样品的质量损失曲线。⑥显微镜观察: 直接把样品放置在载玻片上进行观察。

2 结果与讨论

  1. 1 木粉的热重分析

木粉是PVC木塑发泡材料的重要组分, 其不仅能降低成本, 还能够大幅度提高制品的刚性和模量, 提高制品的尺寸稳定性能, 使发泡制品更具有木材的特点。如果木粉的水含量过高或性能不稳定,会导致材料有较差的泡孔结构, 泡孔分布不均, 表面有水迹, 以及因木粉分解产生的发烟及表面不光洁等现象。

通过热重分析可以预知木粉中的水分及纤维所含的挥发物对材料的影响。笔者考察了4 种木粉填料, 其中1# 和2# 为木质纤维粉, 3# 为竹粉, 4# 为稻壳粉, 其热重分析曲线如图1 所示。

图1 4 种木粉的热重分析曲线

从图1 可看出: 当温度升高到90℃时, 4 种木粉的质量保留率相近, 约为96% , 即木粉的含水质量分数在4% 左右。温度进一步升高到200℃左右时, 木粉的质量保留率基本没有变化, 木粉的性质很稳定, 这个温度正好是PVC木塑发泡所需要的温度。温度升高至200~ 300℃时, 4 种木粉的质量保留率大小顺序为3#> 1#> 2#> 4#(质量保留率越低, 说明木粉内的结合水越容易失去) 。沐鸣登录注册当温度升高到620℃时, 4 种木粉的质量保留率大小顺序为1#> 3# > 4# > 2# 。其中, 1# 木粉的残留物为填料滑石粉, 3# 木粉的残留物为填料超细碳酸钙。从图1还可看出: 1# 木粉的填料含量最大, 约为30% ; 而2# 木粉只有2.2% 的残留物, 说明2#木粉中基本不含无机物填料。

  1. 2 木粉粒径对PVC木塑发泡材料性能的影响

木粉粒径对PVC木塑发泡材料的性能影响显著。木粉粒径较大时, 木粉和PVC 树脂结合较差,会降低材料的力学性能, 同时对加工设备的磨损较严重。

4 种木粉的显微镜照片如图2 所示。从图2 可看出: 粒径为117、140 μm 的木粉呈现纤维状, 粒径为173 μm 的木粉呈现不规则形状。木粉粒径对PVC木塑发泡材料性能的影响见表1。

1#,117μm( 120 目)

2#,117μm( 120 目)

3#,117μm( 100 目)

4#,117μm( 80 目)

图2 4 种木粉的显微镜照片

从表1 可看出: 木粉粒径较小的PVC木塑发泡材料的力学性能较好。这是由于粒径较小的木粉呈纤维状, 在复合材料中可起到纤维增强的作用, 并增加了复合材料两相界面面积, 有利于冲击能量的吸收。木粉的粒径较大时, 不利于泡孔结构的形成,影响发泡材料的均匀性, 从而降低复合材料的力学性能。1# 和2# 木质纤维粉的粒径都为117 μm, 但由于1# 木质纤维粉含有30% 左右的无机填料, 因此其力学性能低于无机填料含量很少的2# 木质纤维粉试样。

  1. 3 木粉预处理对PVC木塑发泡材料性能的影响

木质纤维大分子的重复单元中每个基环内含有3 个羟基, 这些羟基形成分子内氢键或分子间氢键,使木纤维具有较强的吸水性, 吸水率可达8% ~12% 。而热塑性塑料多数为非极性的, 具有疏水性, 所以热塑性塑料与木质纤维之间的相容性很差。改善界面相容性就是改善木粉与PVC 树脂之间的界面黏结, 使其具有一定的化学键、范德华力等相互作用, 从而很好地传递木质纤维和PVC 树脂间的应力, 增强改性复合材料的性能。

  1. 3. 1 烘干

由图1 可知: 木粉含有4% 左右( 质量分数) 的游离水分, 因此在使用时需要经烘干处理, 烘干时间和木粉水含量的关系( 烘干温度80℃) 如图3 所示。

图3 烘干时间和木粉水含量关系

从图3 可看出: 随烘干时间延长, 木粉的水含量逐渐降低, 且6 h 后水含量变化很小。木粉含水质量分数低于0. 5% 时, 对制品的性能影响不大, 考虑到生产效率及烘干时的能耗, 确定烘干时间为6 h。

  1. 3. 2 偶联改性

为了提高木粉和PVC 树脂的相容性, 常对木粉表面进行处理, 主要方法有偶联剂法、接枝共聚法、碱金属溶液处理法等。笔者采用偶联剂法, 选取了4 种偶联剂进行试验。

1# 偶联剂为硬脂酸酯类偶联剂, 2# 偶联剂为钛酸酯类偶联剂。采用这2 种偶联剂时木粉表面处理工艺为: 把木粉和偶联剂加入混合机组, 搅拌升温到100 ℃ , 冷却即可。3# 偶联剂和4# 偶联剂为硅烷类偶联剂, 其木粉表面处理工艺为: 先用乙醇将偶联剂稀释,放置24 h 使其醇解,然后将其加入到木粉中, 在混合机组中搅拌升温至80 ℃使乙醇充分挥发, 冷却。

4 种偶联剂( 用量为木粉质量的1% ) 对PVC/木塑发泡材料力学性能的影响见表2。

试验中发现: 使用经过1# 偶联剂和2# 偶联剂处理的木粉在挤出发泡时,挤出机背压较低, 制品发泡不好且表面较粗糙; 使用经过3# 偶联剂和4# 偶联剂处理后的木粉所得制品表面光滑, 发泡性能较好。从表2可看出: 采用4# 偶联剂处理的木粉所得制品力学性能最好。

  1. 4 木粉用量对发泡性能的影响

由于木粉在PVC 树脂中的分散性较差, 对体系的黏度( 流动性) 影响较大, 从而影响发泡工艺及发泡性能。木粉用量与PVC/木塑发泡材料密度之间的关系如图4 所示。

从图4 可看出: 当ADC 发泡剂用量一定时,PVC/木塑发泡材料的密度随木粉用量的增加而增加, 说明材料的发泡效果变差。这是由于木粉用量较多时, 降低了体系的熔体强度, 并且由于分散较差而使木粉出现团聚, 从而使泡孔结构恶化、发泡不足而使材料密度增大。

3 结论

(1) 4 种木粉的含水质量分数为4% 左右, 在100~ 200 ℃温度范围内, 木粉的性能稳定。

(2) 粒径117 μm 的木粉对PVC/木塑发泡材料的增强作用比粒径173 μm 的木粉明显。

(3) 不同偶联剂的改性效果差异较大, 其中硅烷类偶联剂的改性效果较好, 其试样的综合性能较好。

(4) PVC/木塑发泡材料的密度随木粉用量的增加而增加, 发泡效果变差。

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