玻璃纤维对发泡木塑复合材料成型及力学性能的影响.pdf

　玻璃纤维对发泡木塑复合材料成型及力学性能的影响　　２０１４年１月　　　玻璃纤维对发泡木塑复合材料成型及力学性能的影响　　　　　　张民杰，晏石林，杨克伦，严飞（武汉理工大学理学院，武汉　４３００７０）　　　摘要：将短切玻璃纤维掺入木塑复合材料中，制备出具有增强效果的环保型木塑复合材料，探讨纤维的长度和含量对木　塑复合材料的拉伸、弯曲以及冲击性能的影响。研究表明，随着玻璃纤维加入量的增加，木塑复合材料的拉伸、弯曲以及冲击　　　性能明显提高；但材料的流动性能减弱，挤出胀大现象明显，发泡倍率降低。通过观察拉伸、弯曲和冲击断口ＳＥＭ图片，表明　　　　　　　玻璃纤维的拔出为木塑复合材料主要的破坏形式。　　　　关键词：木塑复合材料；发泡倍率；挤出胀大；纤维长度和含量；纤维拔脱　　　　——　中图分类号：ＴＢ３３２；ＴＵ５３２．３文献标识码：Ａ文章编号：１００３０９９９（２０１４）０ｌ一００２４０４　　　　　１引言　—　　木塑复合材料（Ｗｏｏｄｐｌａｓｔｉｃｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓ，ＷＰＣ）　　是一种以植物纤维填充热塑性塑料通过挤出等加工　　　成型的复合材料，是一种性能优良、经济环保的新　　材料。木塑复合材料具有良好的机械强度和物理性　　　　能，特别是材料的热伸缩性和吸水性比天然木材小　得多，受大气湿度和气温变化的影响小，尺寸稳定性　好；同时具有耐磨、耐化学腐蚀、不虫蛀和不易着火　　燃烧等优点Ｊ。通过气体核将非常小的泡￣Ｌ－５１人到　木塑复合材料中形成的微发泡木塑复合材料除具备　上述木塑复合材料的优点外，因材料内部存在良好　　　的泡孔结构可以钝化裂纹尖端，阻止裂纹的扩展；从　而可有效地克服一般木塑复合材料脆性大、延展性　和抗冲击应力低的缺点，并且降低了材料的密度，不　　　　仅节省原料，而且隔音、隔热性能也较好。泡孔减　弱了木纤维和聚合物基体之间的连接，使得微发泡　木塑复合材料的有些强度有所降低，通过加入一定　　量的增强纤维可以使复合材料的性能得到改善ＨＪ。　　　　随着木塑复合材料在不同领域的不断应用，人们对　　它的要求也在不断地提高。本文主要通过加入不同　含量的短切玻璃纤维，并对试样拉伸性能、弯曲性能　　和冲击性能的分析，断面的ＳＥＭ图片分析，探讨纤　维含量对木塑复合材料性能的影响。　　２材料的制备　　２．１原材料的准备　木塑粉（含有发泡剂）由湖北格茵木业环保有　限公司提供。根据纤维的增强原理，只有纤维长度　　　　　　　　　　　　　在临界长度以上时才能充分发挥纤维的增强作　　　用Ｊ。考虑到造粒过程中过长的纤维会在造粒的后　期制备过程中被切断，本实验选取直径为１０ｕｒ　ｎ的　　　６ｍｍ无碱玻璃纤维娟ｊ。在ＰＶＣ基体的木塑复合　　　　　　　　　材料中，纤维的添加量很少，最多只有３０％左右。　　　　这是因为ＰＶＣ的流动性较差，如果纤维这种刚性材　　　料的添加量过多，容易造成挤出困难　。本实验　　　　中玻璃纤维的含量分别为０％、１％、３％和５％。　　　２．２纤维增强发泡木塑复合材料的制备过程　　　　（１）将木塑粉、玻璃纤维（Ｏ％、１％、３％、５％）在—　ＳＲＬＺ高速搅拌机中进行机械混合，先低速搅拌１０ｒ　　　　　　　　　　　　ａｉｎ，之后高速搅拌１０ｒａｉｎ，高速搅拌速度　１８００ｒ／ｍｉｎ；　　　（２）将｝昆合均匀的物料置于ＳＨＪ．６３同向双螺杆　　℃　　挤出造粒机组中进行挤出造粒，模头温度为１８７，　℃℃　　螺杆加热区温度依次为１７８、１８２和１７６ｃＩ＝，螺杆　　　　转速为４５ｒ／ｍｉｎ，挤出压力为１２ＭＰａ。在模具出口处　　　控制切刀的转速得到长度大约为６ｍｍ的粒料；　　（３）用１ｍｅｓｈ的不锈钢筛子对粒料进行筛选，　　　　选出符合要求的粒料用于挤出成型；　　—　收稿日期：２０１３－０５１０　　　本文作者还有李永静。　　　基金项目：树脂在双尺度多孔纤维预制体中的非饱和渗流机理与数值模拟研究（５１０７３１２５）　　作者简介：张民杰（１９８６一），男，硕士，主要从事复合材料方面研究。　　　　　　　　通讯作者：晏石林（１９６３－），男，博士，教授，主要从事复合材料方面研究，ｙａｎｓｈｌ＠ｗｈｕＬｅｄｕ．ｅｎ。　　ｌＦ，Ｃｌ２０ｌ４．　　　　２０１４年第１期　　　　　　　玻璃钢／复合材料　２７　　　　料界面结合较差，并且这种结合较差的界面为气体　迅速地从复合材料熔体中逃逸到环境中提供了通　　　道；进而造成单位体积内ＰＶＣ含量增加，材料的密　度增大，同时由于大分子的卷曲回缩致使挤出胀大　　现象明显；　（２）玻璃纤维增强的木塑复合材料随着纤维含　量的增加，复合材料的拉伸、弯曲和冲击性能都有所　提高，但是木塑复合材料的发泡率明显下降，密度增　　　大，增加了木塑复合材料的成本；　　　　　　　（３）纤维与木塑复合材料的结合界面十分薄　　　弱，光滑的纤维表面大大减弱了增强效果。　参考文献　［１］刘柳，夏英，马春等．木塑复合材料的研究进展［Ｊ］．塑料科技，　２００６，３４（６）：９０－９３．　　　　　　　　　　　　　［２］刘玉强，赵志曼．木塑复合材料及其发展［Ｊ］．化工新型材料，　２００５，３３（３）：５９－６１．　［３］温安华，薛平，贾明印．微发泡木塑复合材料的研究进展［Ｊ］．塑　　料工业，２００６，３４（６）：１－４．　　［４］杨晓雄．玻璃纤维增强聚丙烯／木粉发泡复合材料的结构和性能　　　　研究［Ｄ］．苏州：苏州大学硕士学位论文，２００６．　　　　　　　　　『５］赵若飞，周晓东，戴干策．玻璃纤维增强热塑性复合材料的增强　　　　方式及纤维长度控制［Ｊ］．纤维复合材料，２０００，３（１）：１９－２２．　　［６］张亚芳，齐雷，张春梅．增强短纤维长径比对复合材料力学性能　的影响［Ｊ］．广州大学学报（自然科学版），２００８，７（４）：３２－３４．　［７］李华艳，陈国华．短纤维对复合材料力学性能的影响［Ｊ］．化工新　　型材料，２００８，３６（３）：７１－７３．　　　—　［８］Ｓ．Ｔｕｎｇｊｉｔｐｏｒｎｋｕｌｌ，Ｎ．Ｓｏｍｂａｔｓｏｍｐｏｐ．Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇｔｅｃｈｎｉｑｕｅａｎｄｆｉ　　　　　　　　　　ｂｅｔｏｒｉｅｎｔａｔｉｏｎａｎｇｌｅａｆｆｅｃｔｉｎｇｔｈｅｍｅｃｈａｎｉｃａｌｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓｏｆＥ－－ｇｌａｓｓｆｉ－－　　　　　　　ｂｅｒｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄｗｏｏｄ／ＰＶＣｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓ『Ｊ］．ＪｏｕｒｎａｌＯｆＭａｔｅｒｉａｌｓＰｒｏ．　　ｃｅｓｓｉｎｇＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，２００９，（２０９）：３０７９－３０８８．　　　［９］郑景新，庞浩，陈永，廖兵．木塑复合材料的研发与进展［Ｊ］．化学　　建材，２００８，２４（３）：１－４．　　　　　　　　　　［１０］邓宗才，李建辉．混杂ＦＲＰ复合材料混杂效应的研究与进展—　［Ｊ］．玻璃钢／复合材料，２００８，（１）：９１３．　　　　　　　［１１］黄根来，孙志杰等．玄武岩纤维及其复合材料基本力学性能实　　　验研究［Ｊ］．玻璃钢／复合材料，２００６，（１）：２４－２７．　［１２］樊斌斌．黏弹流体挤出胀大行为的研究进展［Ｊ］．上海塑料，　２０１１，（３）：１８－２１．　［１３］柳和生，熊洪槐等．聚合物挤出胀大研究进展［Ｊ］．塑性工程学　　报，２００１，８（３）：１３一ｌ７．　　　　　　　［１４］王洪波．聚合物挤出胀大的实验研究及预测系统开发［Ｄ］．内　　　　蒙古工业大学学士论文，２００７．　［１５］潘利剑，靳交通等．玻璃钢复合材料拉一拉疲劳性能试验方法　及其改进［Ｊ］．玻璃钢／复合材料，２００９，（３）：１８－２１．　　’　　’　　　　’　　　　’’　ＧＬＡＳＳｌＢＥＲｌＮＬＵＥＣＥｏＮ０ＡＭｌＮＧＷ０ＵＤＰＬＡＳｌＩＣ　　　　　　　ＣｏＭＰｏＳＩＴＥＳＭｏＬＤＩＮＧＡＮＤＭＥＣＨＡＮＩＣＡＬＰＲｏＰＥＲＴＹ　　—　　—　　ＺＨＡＮＧＭｉｎ－ｊｉｅ，ＹＡＮＳｈｉｌｉｎ，ＹＡＮＧＫｅｌｕｎ，ＹＡＮＦｅｉ　　　　　　　　（ＰｏｌｙｔｅｃｈｎｉｃＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＷｕｈａｎＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｗｕｈａｎ４３００７０，Ｃｈｉｎａ）　　　　—　—　　　　　　　Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｐｒｏｄｕｃｅｔｈｅｅｎｈａｎｃｅｍｅｎｔｏｆｅｃｏｆｒｉｅｎｄｌｙｗｏｏｄｐｌａｓｔｉｃｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓｗｉｔｈｃｈｏｐｐｅｄｇｌａｓｓｆｉｂｅｒｓｍｉｘｅｄ　　　　　　　　　　　　　　　—　ｗｉｔｈｗｏｏｄ－ｐｌａｓｔｉｃｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓ．Ｒｅｓｅａｒｃｈｅｓｓｈｏｗｔｈａｔｗｉｔｈｔｈｅｉｎｃｒｅａｓｅｏｆｔｈｅｃｏｎｔｅｎｔｏｆｇｌａｓｓｆｉｂｅｒｓ，ｔｈｅｆｌｏｗｐｒｏｐｅｒ　　　　　　　　　　　　　　　　ｔｉｅｓｏｆｔｈｅｍａｔｅｒｉａｌｓｗｅａｋ，ｔｈｅｅｘｔｒｕｓｉｏｎｓｗｅｌｌｐｈｅｎｏｍｅｎｏｎｉｓｏｂｖｉｏｕｓａｎｄｔｈｅｆｏａｍｉｎｇｒａｔｉｏｄｅｃｒｅａｓｅｓ．Ｅｘｐｌｏｒｅｔｈｅ　　　　　　　　　　　　　　　　　　ｄｅｇｒｅｅｏｆｉｎｆｌｕｅｎｃｅｏｆｔｅｎｓｉｌｅ，ｆｌｅｘｕｒａｌａｎｄｉｍｐａｃｔｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓｗｉｔｈｔｈｅａｄｄｉｔｉｏｎｏｆｆｉｂｅｒｌｅｎｇｔｈａｎｄｃｏｎｔｅｎｔｏｆｔｈｅ　　　　　　　　　　　　　　　ｗｏｏｄ－ｐｌａｓｔｉｃｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓ．Ｔｈｅｍａｉｎｆａｉｌｕｒｅｍｏｄｅｏｆｇｌａｓｓｆｉｂｅｒｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄｗｏｏｄ－ｐｌａｓｔｉｃｃｏｍｐｏｓｉｔｅｍａｔｅｒｉａｌｓｉｓｔｈｅ　　—　　　　　　　　　　　—　ｇｌａｓｓｆｉｂｅｒｓｐｕｌｌｏｕｔ，ｔｈｅｇｌａｓｓｆｉｂｅｒｓｂｒｅａｋａｇｅ，ｔｈｅｉｎｔｅｒｆａｃｉａｌｄｅｂｏｎｄｉｎｇ，ｅｔｃ．Ｂｙｏｂｓｅｒｖｉｎｇｔｈｅｉｎｔｅｒｆａｃｅｏｆｔｈｅｔｅｎ　　　　　　　　　　　　—　　ｓｉｌｅ，ｂｅｎｄｉｎｇａｎｄｉｍｐａｃｔｆｒａｃｔｕｒｅ，ｒｅｓｅａｒｃｈｅｓｔｈｅｍａｉｎｆａｉｌｕｒｅｍｏｄｅｏｆｇｌａｓｓｆｉｂｅｒｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄｗｏｏｄｐｌａｓｔｉｃｃｏｍｐｏｓｉｔｅ　ｍａｔｅｒｉａｌｓ．　—　　　　　　　　　　　　Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｗｏｏｄｐｌａｓｔｉｃｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓ；ｆｏａｍｉｎｇｒａｔｉｏ；ｅｘｔｒｕｓｉｏｎｓｗｅｌｌｉｎｇ；ｆｉｂｅｒｌｅｎｇｔｈａｎｄｃｏｎｔｅｎｔ；ｆｉｂｅｒ　ｐｕｌ１．ｏｕｔ　　　　。譬　　　一＝　　豫。¨　　ｍ一　　船ｃ