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Effects of EPDM-MA on the Properties of Wood Flour/Polypropylene Composites

EPDM_MA对木粉/聚丙烯复合材料性能的影响


采用特定设计的双螺杆和单螺杆串联挤出机组,以挤出的方式制备木粉/聚丙烯复合材料。主要采用静态力学试验、动态力学热分析(DMTA)和扫描电子显微镜(SEM)观察等方法,研究了马来酸酐改性的三元乙丙橡胶(EPDM-MA)对木粉/聚丙烯复合材料的静态力学性能、动态力学性能和吸水性能的影响。静态力学性能试验结果表明:添加适量的EPDM_MA有利于提高木粉/聚丙烯复合材料的拉伸和弯曲强度,冲击强度的提高最为显著,但EPDM_MA的添加对复合材料的模量有不利影响。动态力学性能分析结果表明:复合材料的储能模量(E′)和损耗因子(tanδ)的峰值均随EPDM-MA加入量的增加而降低,后者说明EPDM-MA改善了木粉与聚丙烯的界面结合;EPDM-MA的加入,使得复合材料的主转变温度略向高温方向移动,并且在-50℃左右的低温区出现了次级转变峰,表明EPDM-MA对复合材料的热性能产生影响,尤其有利于改善其耐低温冲击性能。SEM研究结果表明:EPDM-MA的添加不仅提高了木粉和聚丙烯的界面结合,并且以直径约为0.1~1μm的球状粒子形态分散于聚丙烯中,能够通过自身的塑性变形而提高复合材料的抗冲击性能。EPDM-MA的添加,有效降低了复合材料的吸水性。

Wood flour/polypropylene composites were prepared by the special designed twin screw/single screw extruder system. The effect of EPDM-MA on water absorption, static and dynamic mechanical properties of wood flour (WF)/polypropylene (PP) composites were studied by static test, dynamic mechanical thermal analysis and scan electron microscope. The static mechanical properties of polypropylene/wood flour composites showed that the tensile strength and flexural strength were improved with the maleic anhydride modified ethylene propylene diene rubber (EPDM-MA), especially the impact strength of the composites was improved remarkably but decreased the composites‘ stiffness. The dynamic mechanical spectra of the composites showed that the storage modulus and tanδ peak values were decreased with increasing EPDM-MA loading. The reduction of the tanδ peak values revealed an improved interfacial adhesion between wood flour and polypropylene matrix. An increase in the main transition temperature implied the effect of EPDM-MA on thermal properties of composites. The second transition peak was also found from the spectra of DMTA about -50℃, which was especially in favor of improving impact properties. The scanning electron microscope study verifies an improved interfacial adhesion between wood flour and polypropylene matrix with EPDM-MA. EPDM-MA rubber domains were dispersed in the PP matrix, and the diameter of domains is between 0.1~1 μm. The water absorption of the composites was also decreased by EPDM-MA. EPDM-MA played a dual role, not only as a toughening agent but also as compatibilizer between wood and the polypropylene matrix.


全 文 :第 wt卷 第 y期
u s s x年 tt 月
林 业 科 学
≥≤Œ∞‘׌„ ≥Œ∂ „∞ ≥Œ‘Œ≤„∞
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‘²√ qou s s x
∞°⁄p „对木粉Π聚丙烯复合材料性能的影响
宋永明t 王清文t 郭垂根t 沈长生u
kt q东北林业大学生物质材料科学与技术教育部重点实验室 哈尔滨 txssws ~ u q中国木材节约发展中心 北京 tss{vwl
摘 要 } 采用特定设计的双螺杆和单螺杆串联挤出机组 o以挤出的方式制备木粉Π聚丙烯复合材料 ∀主要采用静
态力学试验 !动态力学热分析k⁄×„l和扫描电子显微镜k≥∞l观察等方法 o研究了马来酸酐改性的三元乙丙橡胶
k∞°⁄p „l对木粉Π聚丙烯复合材料的静态力学性能 !动态力学性能和吸水性能的影响 ∀静态力学性能试验结果
表明 }添加适量的 ∞°⁄p „有利于提高木粉Π聚丙烯复合材料的拉伸和弯曲强度 o冲击强度的提高最为显著 o但
∞°⁄p „的添加对复合材料的模量有不利影响 ∀动态力学性能分析结果表明 }复合材料的储能模量k Εχl和损耗
因子k·¤±∆l的峰值均随 ∞°⁄p „ 加入量的增加而降低 o后者说明 ∞°⁄p „ 改善了木粉与聚丙烯的界面结合 ~
∞°⁄p „的加入 o使得复合材料的主转变温度略向高温方向移动 o并且在 p xs ε 左右的低温区出现了次级转变
峰 o表明 ∞°⁄p „对复合材料的热性能产生影响 o尤其有利于改善其耐低温冲击性能 ∀≥∞ 研究结果表明 }∞°⁄p
 „的添加不仅提高了木粉和聚丙烯的界面结合 o并且以直径约为 s1t ∗ t Λ°的球状粒子形态分散于聚丙烯中 o能
够通过自身的塑性变形而提高复合材料的抗冲击性能 ∀ ∞°⁄p „的添加 o有效降低了复合材料的吸水性 ∀
关键词 } 木粉 ~聚丙烯 ~复合材料 ~三元乙丙橡胶k∞°⁄p „l ~动态力学性能
中图分类号 }≥z{t1z 文献标识码 }„ 文章编号 }tsst p zw{{kussxlsy p stv{ p sy
收稿日期 }ussx p ts p tu ∀
基金项目 }国家高技术研究发展计划/ {yv0项目kussu„„uwxtwtl和/ |w{0项目kusst p st p ul ∀
Εφφεχτσ οφ ΕΠ∆ ΜpΜΑ ον τηε Προπερτιεσ οφ Ωοοδ ΦλουρΠΠολψπροπψλενε Χοµ ποσιτεσ
≥²±ª≠²±ª°¬±ªt • ¤±ª±¬±ªº¨ ±t Š∏² ≤«∏¬ª¨±t ≥«¨ ± ≤«¤±ª¶«¨ ±ªu
kt qΚεψΛαβορατορψοφ ΒιοpΒασεδ ΜατεριαλΣχιενχε ανδ Τεχηνολογψοφ Μινιστρψοφ Εδυχατιον o Νορτηεαστ Φορεστρψ Υνιϖερσιτψ Ηαρβιν txssws ~
u qΤιµβερ ςαλυε Προµοτιον ανδ Συβστιτυτιον Αδµινιστρατιον Χεντερ ΠqΡ qΧq Βειϕινγ tss{vwl
Αβστραχτ} • ²²§ ©¯²∏µΠ³²¯¼³µ²³¼¯ ±¨¨ ¦²°³²¶¬·¨¶ º¨ µ¨ ³µ¨³¤µ¨§ ¥¼ ·«¨ ¶³¨¦¬¤¯ §¨¶¬ª±¨ §·º¬± ¶¦µ¨ºΠ¶¬±ª¯¨ ¶¦µ¨º ¬¨·µ∏§¨µ
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Κεψ ωορδσ} º²²§©¯²∏µ~³²¯¼³µ²³¼¯ ±¨¨ ~¦²°³²¶¬·¨¶~ °¤¯ ¬¨¦¤±«¼§µ¬§¨ °²§¬©¬¨§ ·¨«¼¯ ±¨¨ ³µ²³¼¯ ±¨¨ §¬¨±¨ µ∏¥¥¨µk∞°⁄p
„l ~§¼±¤°¬¦°¨ ¦«¤±¬¦¤¯ ³µ²³¨µ·¬¨¶
近年来 o利用木材废弃物作为热塑性塑料的填料或增强材料制造木塑复合材料kº²²§p³¯¤¶·¬¦¶¦²°³²¶¬·¨¶o
缩写为 • °≤¶l逐渐引起人们的重视k°¨ ±ª ετ αλqot||w ~≠²∏±ª´ ∏¬¶·ετ αλqot||x ~∞±ª¯¬¶« ετ αλqot||y ~ ≤¯ °¨²±¶o
ussul ∀这种木材废弃物可以是废旧的木制品或者是木材加工剩余物k锯末 !砂光粉等l ∀木粉是作为 • °≤¶
材料的最为常用的生物质填料 o这是由于木粉与木纤维或其他植物纤维相比 o具有原料易得 !成本低和更高
的密度和自由流动性 o所得制品木质感更强 o对 • °≤的制造厂和用户更具吸引力k¨±±¬©¨µussv ~≥·¤µ® ετ αλqo
ussvl ∀由于木粉是亲水性材料 o具有较强的极性 o而热塑性塑料多为非极性 o具有疏水性 o两者的相容性较
差 o界面的粘结力很小 o需要添加适当的助剂来改善界面相容效果 o其中界面改善效果相对显著和最为广泛
使用的添加剂是用马来酸酐接枝改性的聚合物作为偶联剂或相容剂k‹ §¨¨±¥¨µª ετ αλqot||x ~’®¶°¤± ετ αλqo
t||{ ~∏ ετ αλqousss ~ Š¨ µ²µª¨ ετ αλqousstl ∀本文通过添加马来酸酐接枝改性的三元乙丙橡胶k∞°⁄p„l
作为相容剂和冲击改性剂 o采用特定设计的双螺杆和单螺杆串联挤出机组 o利用双螺杆挤出机对物料的混合
塑化和单螺挤出机的高压一次性挤出复合 o制造木粉Π聚丙烯复合材料 ∀通过对该种复合材料的物理力学性
能和微观形态进行分析研究 o探索提高其综合性能的有效途径和方法 ∀
t 材料与方法
1 .1 试验材料
杨木砂光粉 o含水率 v h ∗ x h o哈尔滨市永旭实业人造板公司提供 ~聚丙烯 o牌号 ×vs≥ oŒ}v1s ª#
kts°¬±lpt o大庆石化提供 ~马来酸酐接枝三元乙丙橡胶k∞°⁄p„l o牌号 Š°xtu o淡黄色半透明颗粒 o接枝
率为 s1{ h o宁波能之光新材料科技有限公司提供 ∀
112 主要设备及仪器
≥≥‹vsΠ≥wx型双阶塑料挤出机组 o南京橡塑机械厂 ~• Š×pus„型电子万能力学试验机 o深圳瑞格尔仪器
有限公司 ~÷pxsŠ型组合式冲击试验机 o河北承德力学实验机有限公司 ~|ƒ±pvss型锤式粉碎机 o丹东市正大
机械制造厂 ~⁄‹Šp|tws型电热恒温干燥箱 o上海益恒实验仪器有限公司 ~≥‹•pts„型高速混合机 o张家港市
通河塑料机械有限公司 ~≠ptu型哑铃型制样机 o承德市金建检测仪器有限公司 ~‘¨×≥≤‹ Š¨ µ¡·¨¥¤∏ Š°¥‹
⁄„ uwu型动态力学热分析仪 o德国 ~ƒ∞Œ ±˜„‘ׄuss型环境扫描电子显微镜 o荷兰 ∀
113 木粉Π聚丙烯复合材料的制备
将杨木砂光粉进行过筛干燥等前处理 o然后同聚丙烯塑料 !助剂按一定的比例进行复配 o经过高速混合
机混合 x °¬±之后 o从双螺杆的主喂料口采用饥饿的方式进行喂料 ∀双螺杆和单螺杆串联挤出机组的温度
设定在 txs ∗ uss ε o通过挤出制得片材 o再利用制样机制备标准试样 ∀
114 力学性能测试
静态力学性能测试 }弯曲性能和拉伸性能分别按塑料标准 Š…Π× |vwt p usss和 Š…Π× tsws p t||u o在
• Š×pus„型电子万能力学试验机上进行测试 o弯曲和拉伸试验速度分别为 u °°#°¬±pt和 x °°#°¬±pt ~简支
梁无缺口和悬臂梁缺口冲击强度分别按 Š…Π× tswvpt||v和 Š…Π× t{wv p t||y o在 ÷pxsŠ组合式冲击试验机上
进行测试 ∀
动态力学性能测试 }采用 ‘¨×≥≤‹ Š¨ µ¡·¨¥¤∏Š°¥‹ ⁄„ uwu动态力学分析仪测定其动态力学性能 o矩形
试件尺寸为 xs °° ≅ ts °° ≅ w °°∀采用三点弯曲的模式 o在频率为 t ‹½o温度 p {s ∗ tss ε o升温速率是 v
ε #°¬±pt的条件下 o进行温度谱扫描 o测定复合材料的储能模量k Εχl和损耗因子k·¤±∆l o每组重复 v个试样 ∀
115 吸水性能测试
将挤出的片材铣削打磨制成 us °° ≅ us °° ≅ w °°大小的试件 o每组取 ts个试件 o在 zs ε 条件下干燥
至恒重 o然后用分析天平测出质量 o精确到 s1sst ª∀取其中 x个试件放入冷水中浸泡 uw «后 o从水中取出 o
用滤纸吸干表面所附着的水珠 o并立即用分析天平称重 ∀另外 x个试件放入沸水中完全浸泡 u «后取出 o用
滤纸吸干表面附着的水珠 o立即用分析天平称重 ∀吸水率按如下公式计算 }ΩΑk h l € k Μ¨ p Μsl ΠΜs ≅ tss o
其中 Μ¨代表吸水后的质量kªl oΜs代表吸水前的质量kªl ∀
116 微观形态表征
木粉Π聚丙烯复合材料试样经液氮脆断 o截取厚度小于 v °°的横断面 o喷金后 o利用 ƒ∞Œ ±˜„‘ׄuss型
环境扫描电子显微镜k∞≥∞l o在加速电压为 ts ∗ us ®∂ 下观察其断面形貌 ∀
|vt 第 y期 宋永明等 }∞°⁄p „对木粉Π聚丙烯复合材料性能的影响
u 结果与讨论
211 静态力学性能分析
表 t是纯聚丙烯材料和添加不同份数的 ∞°⁄p„的木粉Π聚丙烯复合材料的力学性能测试结果 ∀由表
t可知 o在 ys份聚丙烯塑料基体中添加了 ws份木粉的木粉Π聚丙烯复合材料k°• l要比纯聚丙烯塑料k°°l具
有高的弯曲强度和弯曲模量 o但拉伸强度和冲击强度有所降低 o其中尤以冲击强度下降最为显著 ∀添加 x份
∞°⁄p„的木粉Π聚丙烯复合材料k°• ∞xl相对于 °• 除弯曲模量有轻微降低外 o其他各项性能均有所提高 ∀
拉伸强度和弯曲强度的提高则应归因于 ∞°⁄p„中酸酐基的作用 o由于酸酐基可以同木粉表面大量的羟
基产生酯化反应k≤«∏¤¬ετ αλ1 ousstl o而具有柔性的三元乙丙橡胶k∞°⁄l本身又和聚丙烯塑料基质具有较
好的相容性k赵敏等 oussu ~l o因此 ∞°⁄p„的添加会在木粉和聚丙烯塑料基体之间的界面处引入柔性的界
面层 o这种柔性的界面层使木粉和聚丙烯基体的界面粘结作用得到增强 o从而使外力能通过木粉在塑料基体
中进行有效的传递 o达到了增强的目的 ∀同时 o这种柔性的界面层又会使复合材料的抗冲击性能得到提高 ∀
当 ∞°⁄p„的添加量即质量份数增加到 {份k°• ∞{l和 ts份k°• ∞tsl时 o∞°⁄p„的添加量超过形成有
效的柔性界面层需要量 o过多的 ∞°⁄p„分散到聚丙烯塑料基体中 o由于 ∞°⁄p„本身较低的强度和模
量及其对聚丙烯塑料基体的均一性和结晶结构的不利影响 o使得复合材料 °• ∞{和 °• ∞ts的拉伸和弯曲性
能相对于 °• ∞x又有所下降 ∀分散到聚丙烯基体中的 ∞°⁄p„对聚丙烯塑料基体的韧性的提高却有非常
重要的作用 }当 ∞°⁄p„的添加量达到 ts份k°• ∞tsl时 o相对于未添加 ∞°⁄p„的复合材料k°• l o复合
材料的无缺口和缺口冲击强度分别提高了 {x1w h和 tvv1z h o可见 ∞°⁄p„显著地提高了复合材料的抗冲
击性能 o使得复合材料在未遭到破坏时所具有的抵抗外力作用的能力和复合材料在遭到破坏时所具有的抗
裂纹延伸的能力得到显著提高 ∀
表 1 纯聚丙烯塑料和木粉Π聚丙烯复合材料的力学性能( ? 数值为标准方差) ≠
Ταβ . 1 Μεχηανιχαλ προπερτιεσ οφ πυρε ΠΠ ανδ ΩΦΠΠΠ χοµ ποσιτεσ( ? ϖαλυεσ αρε στανδαρδ δεϖιατιονσ)
试样名称
≥¤°³¯¨
±¤°¨
复合材料组成k质量份数l
≤²°³²¶¬·¨ ¦²°³²±¨ ±·¶k³¤µ·¥¼ º ¬¨ª«·l
聚丙烯
°²¯¼³µ²³¼¯ ±¨¨
木粉
• ²²§©¯²∏µ ∞°⁄p „
拉伸强度
× ±¨¶¬¯¨
¶·µ¨±ª·«Π°¤
弯曲强
ƒ¯ ¬¨∏µ¤¯
¶·µ¨±ª·«Π°¤
弯曲模量
ƒ¯ ¬¨∏µ¤¯
°²§∏¯∏¶ΠŠ°¤
无缺口冲击强度
˜±±²·¦«¨§¶·µ¨±ª·«Π
k®#°pul
缺口冲击强度
‘²·¦«¨§¶·µ¨±ª·«Π
k®#°pul
°° tss s s vt1{x ? s1y| wv1u{ ? v1{v t1vy ? s1tt w{1ty ? u1|t u1sy ? s1tw
°• ys ws s uw1yv ? s1wu wy1{z ? s1z| u1y| ? s1t| tu1su ? t1u| t1{w ? s1uw
°• ∞x ys ws x u{1uu ? s1xs wz1tw ? t1y| u1sv ? s1ts tx1xs ? u1wz u1z{ ? s1s{
°• ∞{ ys ws { ux1sz ? s1z| wz1sx ? t1y{ t1|{ ? s1tz tz1|| ? v1xx v1wy ? s1us
°• ∞ts ys ws ts ux1yz ? s1vz wz1tu ? t1xu t1|x ? s1s{ uu1u{ ? u1{| w1vs ? s1us
≠ 无缺口冲击强度为简支梁试验方式下的冲击强度 ˜±±²·¦«¨ §¶·µ¨±ª·« º¤¶·¨¶·¨§¥¼ ¦«¤µ³¼ º¤¼~缺口冲击强度为悬臂梁试验方式下的冲击
强度 ‘²·¦«¨ §¶·µ¨±ª·« º¤¶·¨¶·¨§¥¼¬½²§º¤¼q
212 动态力学性能分析
与静态力学试验相比 o材料的动态力学性能测试更能反映材料在实际使用条件下的性能 ∀对于粘弹性
复合材料 o动态力学试验能同时提供复合材料的弹性和粘性的试验结果 o在评价材料的耐热性与耐寒性 !复
合材料中的界面特性和高分子的运动机理等方面 o近年来发挥了重要作用k过敏丽 oussul ∀图 t是未添加
∞°⁄p„的木粉Π聚丙烯复合材料k°• l同添加 x份和 ts份 ∞°⁄p„ 的木粉Π聚丙烯复合材料k°• ∞x和
°• ∞tsl的储能模量k Εχl随温度变化的曲线 ∀由图 t可见 o随着温度的升高复合材料的储能模量呈下降趋
势 o这是由占复合材料主要成分的塑料基体在温度升高的过程中不断软化的结果造成的k²¶¨³« ετ αλqo
ussvl ∀未添加 ∞°⁄p„的复合材料 °• o在聚丙烯的玻璃态区域 o随温度的升高 o储能模量下降比较平缓 o
而添加 x份和 ts份 ∞°⁄p„的复合材料 °• ∞x和 °• ∞ts在聚丙烯的玻璃态区域的储能模量的下降相对较
大 ∀就总体趋势而言 o∞°⁄p„的添加降低了木粉Π聚丙烯复合材料储能模量 o并且随 ∞°⁄p„添加量的
增加 o这种趋势更加明显 ∀这主要是因为 ∞°⁄p„本身是一种马来酸酐改性的三元乙丙橡胶 o是一种热塑
性弹性体 o由于乙丙橡胶大分子链骨架中无极性基团而存在非极性取代基 o大分子的内聚能低 o大分子链可
以在较宽范围内保持柔顺性 o这种材料的弹性模量较低 o因此在木粉 !聚丙烯和 ∞°⁄p„三元体系中增加
swt 林 业 科 学 wt卷
∞°⁄p„的量 o将会使复合材料的刚性下降 ∀
图 u是未添加 ∞°⁄p„的木粉Π聚丙烯复合材料k°• l同添加 x份和 ts份 ∞°⁄p„的木粉Π聚丙烯复
合材料k°• ∞x和 °• ∞tsl的损耗因子k·¤±∆l随温度变化的曲线 ∀由图 u可见 o添加 ∞°⁄p„后木粉Π聚丙烯
复合材料在 p xs ε 左右k°• ∞x在 p wz ε o°• ∞ts在 p xx ε l出现了较小的次级转变峰 o其中以 ∞°⁄p„的
添加量为 ts份的复合材料的次级转变相对较为明显 o这是 ∞°⁄p„的玻璃化转变温度 o预示着复合材料的
耐低温冲击性能得到提高 ∀复合材料在 p ts ε 附近的主转变峰为聚丙烯无定型区的玻璃化转变温度 o可以
看出 o∞°⁄p„ 的添加 o一方面使复合材料的主转变峰的位置略向高温方向移动 o表明聚丙烯分子链段运动
受到的约束增强了 o导致复合材料的耐热性能有轻微提高 ~另一方面 ∞°⁄p„的添加也降低了复合材料的
主转变峰值 o说明 ∞°⁄p„的加入改善了木粉和聚丙烯之间的相容性 o使得 u种材料的界面结合更为牢固 o
从而减少了木粉和聚丙烯界面间的摩擦热损耗 ∀在形成良好界面结合的前提下 o木粉粒子能够抑制聚丙烯
分子链的运动 o这可能是 ∞°⁄p„能够降低复合材料热损耗的又一原因 ∀在温度高于 ux ε 时 o°• ∞x和
°• ∞ts复合材料表现出高于 °• 复合材料的损耗因子 o说明材料的阻尼特性得到提高 o宏观表现为复合材料
的抗冲击性能得到提高 o这与前面的冲击性能测试结果相吻合 ∀
图 t 不同 ∞°⁄p „含量的复合材料储能模量温度谱
ƒ¬ªqt × °¨³¨µ¤° ±¨·¶³¨¦·µ¤²©¶·²µ¤ª¨ °²§∏¯∏¶²©
¦²°³²¶¬·¨¶©²µ§¬©©¨µ¨±·∞°⁄p „ ¦²±·¨±·
图 u 不同 ∞°⁄p „含量的复合材料损耗因子温度谱
ƒ¬ªqu × °¨³¨µ¤°¨ ±·¶³¨¦·µ¤²© ° ¦¨«¤±¬¦¤¯ ²¯¶¶©¤¦·²µ²©
¦²°³²¶¬·¨¶©²µ§¬©©¨µ¨±·∞°⁄p „ ¦²±·¨±·
213 吸水性能分析
图 v ∞°⁄p „含量对复合材料吸水性的影响
ƒ¬ªqv ∞©©¨¦·²© ∞°⁄p „ ¦²±·¨±·²± º¤·¨µ¤¥¶²µ³·¬²±
²©·«¨ ¦²°³²¶¬·¨¶
从图 v可以看出 o随 ∞°⁄p„ 添加份数的增加 o无
论是沸水 u «试验 o还是冷水 uw «试验 o木粉Π聚丙烯复合
材料的吸水率都呈下降趋势 ∀主要是由于 ∞°⁄p„ 提
高了木粉和聚丙烯基体之间的界面结合 o使吸水性较强
的木粉被疏水性的聚丙烯塑料所包裹 o亲水性的羟基裸
露在外边的数量和几率大大降低 o从而在很大程度上降
低了复合材料的吸水性 ∀在热水中浸泡 u «的试样 o吸水
率要远远高于在冷水中浸泡 uw «的试样 ∀其主要原因可
能是由于在沸水中浸泡时 o复合材料中的聚丙烯塑料受
热膨胀 o使得木粉和塑料的界面受热变形力的影响而破
坏 o使更多的木粉暴露于水中k•¤±¤ ετ αλqot||{l ∀虽然
添加 ∞°⁄p„后所得复合材料的吸水性进一步降低 o但
是高温下的吸水性不容忽视 o长期湿热条件下该类复合
材料的吸水 !吸湿以及力学等性能的变化有待于进一步研究 ∀
214 ΣΕΜ形态表征
利用扫描电子显微镜对复合材料的断面进行观察 o对认识两相材料相互之间的结合状况和微观结构 o能
够提供有价值的信息 ∀图 w ∗ y是用环境扫描电子显微镜拍的复合材料的电镜照片 ∀图 w是未添加 ∞°⁄p
twt 第 y期 宋永明等 }∞°⁄p „对木粉Π聚丙烯复合材料性能的影响
图 w 未添加 ∞°⁄p „的复合材料k ≅ x sssl
ƒ¬ªqw ≤²°³²¶¬·¨ º¬·«²∏·∞°⁄p „ k ≅ x sssl
 „的木粉Π聚丙烯的复合材料 ∀由图可见 o木粉和聚丙
烯基体界面处存着空隙 o说明极性不同的两种材料 o木粉
和聚丙烯塑料的界面粘合性很差 ~图 x 是加入 ts 份
∞°⁄p„之后材料的界面结合情况 o在同样的放大倍数
下 o可以看出木粉和聚丙烯基体的界面结合非常好 o在棒
状的木粉上有与塑料粘结的现象 o表明即使在塑料基质
已经发生破坏的情况下 o木粉和聚丙烯塑料界面结合仍
未被破坏 o说明界面结合的有效性 o提示 ∞°⁄p„ 可能
与木粉表面产生了某种强烈的相互作用 o很可能是通过
酯键的化学结合 o此外也可能存在氢键作用 ∀图 y是加
入 ∞°⁄p„之后 o放大ts sss倍的复合材料的微观结构 o
照片中凸起的小球状物即为 ∞°⁄p„热塑性弹性体 o其
粒径约为 s1t ∗ t Λ° o这样的粒子直径也是通常文献报道
k’®¶°¤± ετ αλqot||{l的对聚丙烯塑料基质能达到较好增
韧效果的粒径范围 ∀正是由于这种弹性体在受到外力时首先发生了塑性变形 o吸收了大量的冲击能量 o才使
得木粉Π聚丙烯复合材料的抗冲击性能得到改善 ∀
图 x 添加 ts份 ∞°⁄p „的复合材料k ≅ x sssl
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图 y 添加 ts份 ∞°⁄p „的复合材料k ≅ ts sssl
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v 结论
添加 ∞°⁄p„后 o木粉Π聚丙烯复合材料的拉伸和弯曲强度均有所提高 o但过高的添加量对提高复合材
料强度尤其是拉伸强度是不利的 ∀∞°⁄p„的添加降低了复合材料的弯曲模量 ∀当 ∞°⁄p„的添加量达
到 ts份时 o相对于未添加 ∞°⁄p„的复合材料 o无缺口和缺口冲击强度分别提高了 {x1w h和 tvv1z h o显著
提高了复合材料的抗冲击性能 ∀
动态力学性能分析表明 o∞°⁄p„的添加降低了复合材料的储能模量k Εχl和损耗因子k·¤±∆l主转变峰
的峰值 o说明 ∞°⁄p„ 改善了木粉与聚丙烯之间的界面结合 o这一点得到了 ∞≥∞ 试验结果的支持 ~随
∞°⁄p„添加量的增加 o在损耗因子k·¤±∆l温度曲线上主转变峰的温度略向高温方向移动 o并且在添加
∞°⁄p„的复合材料低温区出现了次级转变峰 o说明添加 ∞°⁄p„对复合材料的热性能产生影响 o尤其有
利于改善复合材料的耐低温冲击性能 ∀
吸水性测试结果显示 o∞°⁄p„的添加有效地降低了复合材料的吸水性 o这主要是由于木粉和聚丙烯
塑料界面结合得到改善 ∀
≥∞ 分析结果显示 o在聚丙烯塑料基体中 o∞°⁄p„以直径约为 s1t ∗ t Λ°的球状粒子形态存在 o该粒
uwt 林 业 科 学 wt卷
子在复合材料受到外力作用时发生塑性变形 o吸收大量能量 o这是复合材料的韧性得到显著提高的主要原
因 ∀
参 考 文 献
赵 敏 o高俊刚 o邓奎林 o等 qussu q改性聚丙烯新材料 q北京 }化学工业出版社 ouut p uuw
过敏丽 qussu q高聚物与复合材料的动态力学热分析 q北京 }化学工业出版社 otyv p ust
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vwt 第 y期 宋永明等 }∞°⁄p „对木粉Π聚丙烯复合材料性能的影响