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木粉/聚丙烯复合材料在户外体育场所的应用

星期二, 10月 18, 2022

塑木复合材料被广泛用于体育器材、室内装修和建筑领域,相较于其他材料,有着成本低、绿色环保、防虫防潮等优势。然而,制作为在室外体育设施使用时,无法避免光老化问题,从而影响塑木复合材料其使用范围。可采用添加抗氧化剂、改变木粉组合、优化成型方法、表面涂层等方法对该复合材料的耐光老化性进行改善。以木粉/聚丙烯复合材料为例,对其耐光老化性进行探究。耐光老化性能的提升,也会扩大复合材料耐腐蚀性强、使用寿命长、力学性能良好的优势,可促进户外体育设施的的使用安全性与舒适性。

塑木复合材料是木纤维或植物纤维与塑料材质复合加工而成的有机高分子材料,属于新型绿色环保材料。塑料和木质纤维都是高分子材料,高分子材料在受到外界环境中的水、氧、热以及化学介质等因素的作用下,其自身物理或化学结构会发生变化,从而表现出光老化现象,例如,材料颜色改变、材质变脆、韧性和强度降低等。 塑木复合材料在体育领域应用广泛,可应用于篮球架、篮球场地板等。 当塑木复合材料在室外长期使用后,会发生一定程度的光老化,无法满足篮球架或篮球地板对材料的较高使用要求。在塑木复合材料的光老化进程中,各组分之间相互影响,相互作用。当塑木复合材料受到紫外线的照射时,木质素会吸收大部分的紫外线,造成光降解,产生发色基团,改变了木粉的颜色。同时,发色基团和塑料加工时加入的物质,对塑料组分的光降解有共同的催化作用,导致塑料的表面开裂、系带分子断裂,降低该材料篮球架的力学性能。

塑木复合材料的光变色现象,分2个阶段进行,第1阶段是木质素的光降解,产生大量发色基团,导致复合材料褪色;第2阶段是发色基团减少,产生有漂白效果的对苯二酸物质,造成材料颜色改变。 另外,环境中水的存在,也会加速塑木复合材料篮球架的褪色程度。除了氧气和紫外线因素,复合材料吸潮后,力学性能也会显著降低。水分进入复合材料,木质纤维的细胞壁吸水发生膨胀,界面会有微裂纹出现,影响聚合物与木纤维的界面结合强度;水分也会加快光降解的进程。光线在水的折射或反射作用下,较容易抵达复合材料内部,导致材料内部出现光老化,严重降低篮球架力学性能。

以篮球架为例,延长篮球架的使用寿命,在篮球架的结构中,篮球板最容易发生损坏。为满足篮球板透光率的需要,许多篮球板采用钢化玻璃制作,但室外温度剧烈变动情况下,容易出现自爆的问题。而塑木复合材料是一种高分子有机物,有着质轻、密度小、强度高的优势。对于篮球架而言,更强的质量有助于篮球架使用寿命的延长。塑木复合材料中二氧化硅、二氧化钛、VE 等物质的添加,能够显著增加复合材料的耐光老化性,对延长塑木复合材料篮球架的使用寿命有着重要意义。
增强篮球架的耐腐蚀性,篮球支撑柱与底部箱体容易腐蚀生锈,不仅影响使用安全性也影响使用寿命。对塑木复合材料的耐光性进行保护研究,可在不改变原复合材料优良性能的基础上,通过助剂改善、调整塑木复合材料的密度、强度等,也可进一步增强复合材料自身的抗强酸碱、耐腐蚀、防水等性能。同时,塑木复合材料的耐光老化性保护研究,可有效解决篮球架普遍面临的真菌及白蚁的侵蚀和繁殖问题,减少生物腐蚀现象,便于对篮球架的日常维护和管理。为增强耐光老化性,通常对篮球架进行表面涂饰处理;同时,涂层的存在,也增强了篮球架对雨水的耐侵蚀性。
增强篮球架的力学延展性能,耐光老化性作为增强塑木复合材料的基础保护,是提升复合材料其他性能的重要途径。相较于金属和木质材料,塑料材料有着较好的力学延展性;而塑木复合材料作为纤维增强材料,有着更加优越的柔韧性、力学拉伸强度、弹性模量,等等。有实验结果也表明,塑木复合材料的耐光老化性能的增强,也进一步扩大了其弯曲性能、冲击性能优势,从而高速、有效地提高篮球架的力学延展性。综合性能的改善,能够提升体育运动中篮球架的使用舒适性,提高运动效果。
塑木复合材料作为一种新型环保材料,可用于户外设施的设计与制造。但该材料其在室外使用也避免不了光老化问题。以木粉/聚丙烯复合材料为例,探究了木粉组分和有机抗氧化剂对复合材料耐光老化性能的影响,当VE质量分数为0.2%、抗氧化剂168质量分数为l.0%时,材料的耐光老化性能最佳。木质素的存在有助于复合材料的力学性能的保持,纤维素的加入有助于增强老化过程中的颜色稳定性。耐光老化性的增强,也进一步延长了其使用寿命、增强了耐腐蚀性以及力学延展性等,有助于提升塑木复合材料户外设施的使用安全性与舒适性。

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