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木塑复合材料的组成主要包括木质材料、塑料基体和辅助添加剂三类。其中,木质材料一般为木材或其他天然植物纤维,塑料基体主要是热塑性塑料,辅助添加剂大多是具有增强性能的各种添加剂。在实际生产制备过程中,原料和添加剂的种类及用量通常由产品需求、工艺条件、原料参数和生产成本等共同决定。
木质材料
木质材料一般为木材或其他天然植物纤维,为了节约生产成本,还可以使用木材制备过程中的剩余料或废弃料(如废弃木材、木屑、锯末等)。此外,天然农作物(如稻壳、麦秆和甘蔗渣等)也可以作为木塑复合材料的原料。将废弃椰壳粉加入到聚丙烯(PP)中制备了PP/废弃椰壳粉复合材料,还使用甲基丙烯酸缩水甘油酯接枝PP(PP-g-GMA)增容PP/废弃椰壳粉复合材料。研究发现,当PP-g-GMA质量分数为15%时,复合材料的拉伸强度和冲击强度分别增加了28.5%,56.9%。木质材料对木塑复合材料能够起到增强作用,其种类、形貌、尺寸和用量直接决定复合材料的强度,同时制备过程中需要严格调控木质材料的添加量,添加过多会影响木塑复合材料的耐水性能。
塑料基体
塑料基体主要采用热塑性塑料,这是因为热塑性塑料回收利用率高,固化后的产物经加热后可以重新软化成型,能够多次使用,此外其成型工艺简单,产品机械强度高。而热固性塑料成型方法复杂且循环利用率低,产品固化成型后难以再次重新软化使用。目前,工业生产中经常使用的热塑性塑料主要为聚乙烯(PE)、PP和聚氯乙烯(PVC)等。采用不同塑料基体制备的木塑复合材料的性能也不相同,PP基木塑复合材料具备较高的负荷变形温度,其耐热性更好,而PVC基木塑复合材料具备较好的弯曲性能和拉伸性能。研究了PP基木塑复合材料的力学性能,使用两种不同的偶联剂对木粉进行表面处理,研究发现,在加入相同木粉的条件下,钛酸酯偶联剂对木粉的处理效果更好,经过偶联剂处理后,提高了木粉与PP的界面相容性,改善了复合材料的力学性能。
辅助添加剂
在生产木塑复合材料的过程中,由于木质材料与塑料基体亲疏水性能的差异,两种材料的复合界面容易产生缺陷,导致相互间的黏结强度较差,难以制备成型,最终影响产品的结构与性能。为了改善上述状况,在实际生产过程中通常加入不同的辅助添加剂(如偶联剂、增容剂、稳定剂、防霉剂、分散剂、着色剂和阻燃剂等),以增强复合材料的界面相容性,改善产品性能。采用熔融法和溶液法合成丙烯酸接枝PP、马来酸酐接枝乙烯-辛烯共聚物、马来酸酐接枝PP三种大分子增容剂,以改善PP基木塑复合材料的相容性。结果表明,三种增容剂都能够明显改善木塑复合材料的相容性。