全 文 ：第 wu卷 第 v期
u s s y年 v 月
林 业 科 学
≥≤Œ∞‘׌„ ≥Œ∂ „∞ ≥Œ‘Œ≤„∞
∂²¯1wu o‘²1v
¤µqou s s y
⁄°∞Π°≥塑料合金及其与木纤维形成
复合材料的研究
郭文静 王 正
k中国林业科学研究院木材工业研究所 北京 tsss|tl
摘 要 } 研究线性低密度聚乙烯k⁄°∞l与聚苯乙烯k°≥l共混制备的塑料合金的性能并用不同制备条件的塑料
合金与木纤维复合形成塑料合金Π木纤维复合材料 o研究该种复合材料的外观质量及物理力学性能 ∀结果表明 }不
同共混比例与共混温度对制备的塑料合金熔体流动性 !力学强度有较显著影响 ∀塑料合金Π木纤维复合材料的性
能与塑料合金共混比例及共混温度有较强的相关性 ∀u种塑料在共混比为 xsΠxs o共混温度为 uss ε 时 o形成的塑
料合金与木纤维具有相对最好的相容性和最好的材料外观质量与力学性能 ∀ ⁄„试验表明 }塑料合金Π木纤维复
合材料的耐热性明显优于相应的塑料合金 ∀
关键词 } ⁄°∞Π°≥共混 ~塑料合金 ~木塑复合材料 ~共混比 ~共混温度
中图分类号 }≥z{w 文献标识码 }„ 文章编号 }tsst p zw{{kussylsv p ssx| p s{
收稿日期 }ussw p tu p s| ∀
基金项目 }引进国际先进林业科学技术/ |w{0项目/农林纤维废料 !废塑料混融制造新型复合材料技术0kusst p vvl ∀
Στυδψ ον ΛΛ∆ΠΕΠΠΣ Αλλοψ ανδ Πλαστιχ ΑλλοψΠΩοοδφιβερ Χοµ ποσιτεσ
Š∏² • ±¨­¬±ª • ¤±ª«¨ ±ª
k Ρεσεαρχη Ινστιτυτε οφ Ωοοδ Ινδυστρψo ΧΑΦ Βειϕινγ tsss|tl
Αβστραχτ} ׫¨ ³µ¨³¤µ¤·¬²± ¤±§·«¨ ³µ²³¨µ·¬¨¶²© ¬¯±¨ µ ²¯º §¨±¶¬·¼ ³²¯¼¨ ·«¼¯ ±¨¨ k⁄°∞lΠ³²¯¼¶·¼µ¨±¨ k°≥l ¤¯ ²¯¼ º¨ µ¨
¬±√¨ ¶·¬ª¤·¨§q׫¨ ¦²°³²¶¬·¨¶²©º²²§©¬¥¨µ¤±§⁄°∞Π°≥ ¤¯ ²¯¼¬±§¬©©¨µ¨±·¥¯ ±¨§µ¤·¬²¶¤±§¥¯ ±¨§·¨°³¨µ¤·∏µ¨¶º¨ µ¨ ³µ¨³¤µ¨§¤±§
·«¨ ¤³³¨¤µ¤±¦¨ ∏´¤¯¬·¼ ¤±§·«¨ °¨ ¦«¤±¬¦¤¯ ¤±§³«¼¶¬¦¤¯ ³µ²³¨µ·¬¨¶²©·«¨ ¦²°³²¶¬·¨¶º¨ µ¨ √¨¤¯∏¤·¨§¤¯¶²q׫¨ µ¨¶∏¯·¶¬±§¬¦¤·¨§
·«¤··«¨ °¨ ·¯©¯²º ³µ²³¨µ·¬¨¶¤±§³«¼¶¬¦¤¯ ¶·µ¨±ª·«²©¤¯ ²¯¼ º¨ µ¨ §¬©©¨µ¨±·º¬·«§¬©©¨µ¨±·¥¯ ±¨§·¨°³¨µ¤·∏µ¨ ¤±§¥¯ ±¨§³µ²³²µ·¬²±¶q
׫¨ ³µ²³¨µ·¬¨¶²©³¯¤¶·¬¦¤¯ ²¯¼Πº²²§©¬¥¨µ¦²°³²¶¬·¨¶¤µ¨ µ¨¯¨ √¤±··²·«¨ ¥¯ ±¨§·¨°³¨µ¤·∏µ¨ ¤±§³µ²³²µ·¬²± ²©⁄°∞¤±§°≥ q׫¨
⁄°∞Π°≥ ¤¯ ²¯¼ ²©xsΠxs ¥¯ ±¨§¬±ª¤·uss ε «¤¶¤ª²²§¦²°³¤·¬¥¬¯¬·¼ º¬·«º²²§©¬¥¨µ¤±§¤³³¨¤µ¤±¦¨ ¤±§³«¼¶¬¦¤¯ ³µ²³¨µ·¬¨¶²©
·«¨¬µ¦²°³²¶¬·¨¶¤µ¨ ·«¨ ¥¨¶·q׫¨ ⁄„ §¤·¤¬±§¬¦¤·¨§·«¤··«¨ ·«¨µ°¤¯ ¶·¤¥¬¯¬·¼ ²© ³¯¤¶·¬¦¤¯ ²¯¼Πº²²§©¬¥¨µ¦²°³²¶¬·¨¶¬¶°²µ¨
¬¨¦¨¯¯ ±¨··«¤±¦²µµ¨¶³²±§¨±·³¯¤¶·¬¦¤¯ ²¯¼q
Κεψ ωορδσ} ⁄°∞Π°≥ ¥¯ ±¨§~³¯¤¶·¬¦¤¯ ²¯¼~³¯¤¶·¬¦¤¯ ²¯¼Πº²²§©¬¥¨µ¦²°³²¶¬·¨~¥¯ ±¨§µ¤·¬²~¥¯ ±¨§·¨°³¨µ¤·∏µ¨
木塑复合材料已成为塑料与木材工业的发展趋势和重要组成部分k 本忠 oussu ~王正 oussu ~≤¯ °¨±²±¶o
usss ~ussul ∀但是在关于木塑复合材料的研究与应用中 o主要是单一塑料与木质材料复合kŽ¤½¤¼¤º²®² ετ
αλqot||z ~¬¤±ª ετ αλqot||w ~∏ ετ αλqoussul o而木塑复合材料中 o有相当一部分是以废弃回收塑料为原料 ∀
在废塑料中 o常用的是聚丙烯 !高密度聚乙烯制品 o有一些品种如废弃的聚苯乙烯 !聚乙烯膜制品等 o由于其
制备的木塑复合材料的性能不佳k郭文静等 oussx ~王正 ousstl o很少被用于木塑复合材料 ∀因此 o在木塑复
合材料的应用中 o拓展可用塑料品种 o不但可以减少塑料分类带来的麻烦 o而且可以为废弃塑料的有效利用
提供更为可行的途径 ∀
已有相关的研究k郭文静等 oussxl表明 o用于塑料膜制品的 ⁄°∞与木纤维复合制得的复合材料抗冲
击性好 o但是弯曲强度与弹性模量差 ~而聚苯乙烯与木纤维的复合材料弯曲强度与弹性模量高 o但是材料太
脆 o它们都各有优缺点 o在实际中难以得到应用 ∀通过对 u种塑料共混 o可以综合均衡各被共混物的性能 o取
长补短 o消除各单一组分性能上的缺点 o获得综合性能较为理想的聚合物 o也可以改善共混物的加工性能k吴
培熙等 ot||y ~辛浩波 ousssl ∀塑料共混在塑料工业界已经得到应用 o但是在木塑复合材料中的应用很少 ∀
本研究的目的就是通过对线性低密度聚乙烯与聚苯乙烯进行共混 o以达到弥补单一塑料与木材形成的复合
材料所存在的某一些性能或加工缺陷 o提高木塑复合材料的综合品质 o制备出性能更好的复合材料 ∀
t 材料与方法
111 材料
线性低密度聚乙烯k⁄°∞l }牌号 ⁄ƒ⁄„zswu oƒ• 值 u1s ª#ts °¬±pt o齐鲁石油化工公司烯烃厂产 ~聚苯
乙烯k°≥l }牌号 yyy⁄oƒ• 值 x1y ª#ts °¬±pt o北京燕化集团产 ~聚丙烯k°°l }挤出级 o北京燕化集团产 ~木纤
维k • ƒl }杨木纤维 ∀
112 仪器
动态力学性能测定仪 }⁄„u|{s o美国产 ~熔体流动速率仪 }÷• wss型 o吉林大学科教仪器厂 ~高速混合
机 }Š‹ p ts⁄≠ o北京华新科塑料机械有限公司产 ~双螺杆挤出机 }u⁄ux• o日本 ג≠’ ≥∞ŒŽŒ ≥∞Œ≥„Ž˜2≥‹’ 公
司产 ~热压机 }{s ·人造板试验压机 o上海人造板机器厂生产 ~万能力学试验机 }日本岛津公司产 ~x 简支梁
冲击试验机 }河北承德试验机总厂生产 ∀
113 方法
t1v1t ⁄°∞Π°≥共混制备合金 ⁄°∞Π°≥合金制备采用熔融机械共混法 o所用熔融共混设备为双螺杆挤
出机 o将 u种塑料按表 t中的试验条件进行熔融共混 o表中的比值为质量比 ∀
表 1 ΛΛ∆ΠΕΠΠΣ合金制备因子水平表
Ταβ11 Τηε µανυφαχτυρε φαχτορσ ανδ ϖαριαβλεσ οφ ΛΛ∆ΠΕΠΠΣ αλλοψσ
试验号
∞¬³¨µ¬°¨ ±·‘²q t u v w x y z { | ts tt tu
⁄°∞Π°≥
⁄°∞Π°≥ uxΠzx uxΠzx uxΠzx uxΠzx xsΠxs xsΠxs xsΠxs xsΠxs zxΠux zxΠux zxΠux zxΠux
共混温度 …¯ ±¨§
·¨°³¨µ¤·∏µ¨ Πε uss uus uws uys uss uus uws uys uss uus uws uys
t1v1u 塑料合金Π木纤维复合材料制备 将制备好的 ⁄°∞Π°≥合金与木纤维按 ys h塑料合金和 ws h木纤
维的比例在高速混合机中进行物理混合 o混合时间约为 v °¬±o然后将混合好的物料热压制成板材 ∀板材厚
度为 v °°∀热压温度为 t{s ∗ t|s ε ∀
t1v1v 性能测试 塑料合金性能测试包括熔体流动性能和物理力学性能 ∀塑料合金熔体流动速率kƒ•
值l测试采用熔体流动速率测定仪 o温度 t|s ε o负荷 u tys ª∀
塑料合金Π木纤维复合材料性能测试包括复合材料外观质量评价 !物理力学性能 !动态力学性能测试 ∀
复合材料外观质量评价主要是对复合材料板材的板面效果进行目测评分 ∀板面很均匀为 ts分 o最差为 t
分 o分 ts个等级 ov个人分别单独进行评分 o然后取平均值即为最后结果 ∀物理力学性能的测定包括弯曲强
度 !弯曲弹性模量kŠ… |vwt p {{l !拉伸强度kŠ…Π× tsws p |ul !无缺口冲击强度kŠ…Π× tswv p |vl !密度 ∀动态
力学性能测试在 ⁄„u|{s上进行 o试验采用单悬臂k¶¬±ª¯¨¦¤±·¬¯¨ √¨ µl模式 o试样尺寸为 vx °° ≅ ts °° ≅ 厚
度 o升温速率为 v ε #°¬±pt o扫描频率为 ts ‹½∀
表 2 ΛΛ∆ΠΕΠΠΣ合金 ΜΦΡ 值
Ταβ .2 Τηε ΜΦΡ ϖαλυεσ οφ ΛΛ∆ΠΕΠΠΣ αλλοψσ
试验号
∞¬³q‘²q
ƒ• 值 ƒ•
√¤¯∏¨Πkª#ts °¬±ptl
试验号
∞¬³q‘²q
ƒ• 值 ƒ•
√¤¯∏¨Πkª#ts °¬±ptl
试验号
∞¬³q‘²q
ƒ• 值 ƒ•
√¤¯∏¨Πkª#ts °¬±ptl
t t1zs x t1{y | t1zw
u t1vx y t1yw ts t1xu
v t1w{ z t1uu tt t1vu
w t1u{ { t1uu tu t1ws
u 结果与分析
211 ΛΛ∆ΠΕΠΠΣ合金性能
u1t1t 塑料合金熔体流动性 表 u为 ⁄°∞Π°≥合金的 ƒ• 值 ∀将表 u的结果进行方差分析和 ≥⁄k¯ ¤¨¶·
¶¬ª±¬©¬¦¤±·§¬©©¨µ¨±¦¨l多重比较 o见
表 v !w ∀表 v结果表明 }⁄°∞Π°≥
比例对合金的 ƒ• 值影响不显
著 o这主要是由不同比例的
⁄°∞与 °≥形成的两相结构所
决定的k吴培熙等 ot||yl ∀共混
温度对塑料合金的 ƒ• 值影响
显著 o而且基本趋势是随着共混
sy 林 业 科 学 wu卷
表 3 塑料合金的 ΜΦΡ 值方差分析
Ταβ .3 Τηε ΑΝΟς Α φορ ΜΦΡ ϖαλυεσ οφ πλαστιχ αλλοψσ
变异来源
≥²∏µ¦¨
自由度
⁄ƒ
平方和
≥∏° ²©¶´∏¤µ¨¶
均方
 ¤¨± ¶´∏¤µ¨
Φ值
Φ √¤¯∏¨
显著性
≥¬ª±¬©¬¦¤±¦¨
变量 ²§¨¯ x s1wsz s1s{t w1yx s1sww
⁄°∞Π°≥ u s1ssw s1ssu s1tv s1{{t
共混温度 …¯ ±¨§
·¨°³¨µ¤·∏µ¨ v s1wsu s1tvw z1yz s1st{
误差 ∞µµ²µ y s1tsx s1stz
表 4 塑料合金 ΜΦΡ 值的多重比较
Ταβ .4 Τηε Τ τεστ (ΛΣ∆) φορ ΜΦΡ ϖαλυε οφ πλαστιχ αλλοψσ
水平 ∂¤µ¬¤¥¯¨ 平均值  ¤¨± Τ结果 Τ ªµ²∏³¬±ª 显著性 ≥¬ª±¬©¬¦¤±¦¨
共混温度 …¯ ±¨§
·¨°³¨µ¤·∏µ¨
k≥⁄€ s1uywl
uss ε t1zyz „ s1sss t
uus ε t1xts „… s1sss t
uws ε t1vwv … s1sss t
uys ε t1vss … s1sss t
表 5 塑料合金物理力学性能
Ταβ .5 Τηε µεχηανιχαλ ανδ πηψσιχαλ προπερτιεσ οφ πλαστιχ αλλοψσ
试验号
∞¬³¨µ¬° ±¨·
‘²1
密度
⁄¨ ±¶¬·¼Π
kª#¦°pvl
冲击强度 Œ°³¤¦·
¶·µ¨±ª·«Π
k®#°pul
弯曲强度
ƒ¯ ¬¨∏µ¤¯
¶·µ¨±ª·«Π°¤
弯曲模量
ƒ¯ ¬¨∏µ¤¯
°²§∏¯∏¶Π°¤
拉伸强度
× ±¨¶¬¯¨
¶·µ¨±ª·«Π°¤
t s1|| w1z vu1| t xzv ty1us
u s1|| v1w u|1u t xzt tu1{z
v s1|| v1x uy1w t wv{ tv1vx
w s1|| u1| uu1{ t wx{ ts1xz
x s1|y x1s tv1z zty z1wy
y s1|z {1t ty1u {vt {1st
z s1|x u1t tu1s zwu x1tx
{ s1|x t1| ts1{ zw| x1uv
| s1|v t|1s |1z vzs |1ts
ts s1|w ut1w ts1z v{s |1xw
tt s1|v ut1u tt1u wtw {1wx
tu s1|w ut1y ts1| v|x |1su
温度的升高而塑料合金的熔体
流动速率下降 o而且 uus ε 和
uws ε 之间差异显著k表 wl ∀
其原因是共混温度高 o各共混
相熔体流动性增加 o不同大分
子链段缠绕多 o熔体得以充分
混合 o所以形成的共混合金的
熔体流动速率下降k吴培熙等 o
t||yl ∀
u1t1u 塑料合金物理力学性
能 塑料合金的物理力学性能
试验结果平均值见表 x ∀将试
验结果进行方差分析与多重比
较 o见表 y ∗ { ∀表 y的结果表
明 }除共混温度对冲击强度影
响不显著外 o⁄°∞ Π°≥ 比例
和共混温度对塑料合金材料其
他力学性能都有显著影响 o其
中 o共混比例对合金材料性能
的影响比共混温度的影响程度
大 ∀随着共混物中 ⁄°∞含
量的增加 o合金材料的冲击强
度 !弯曲强度 !弯曲弹性模量及
拉伸强度都趋近于 ⁄°∞的
性能k郭文静等 oussxl o但不同
的是 o在 ⁄°∞Π°≥ € xsΠxs时 o
合金材料的冲击强度和拉伸强
度相对比较低 o这可能与共混
物中两相的结构形态有关 ∀表
z !{的 ≥⁄检验结果表明 }共混比例不同 o⁄°∞Π°≥合金的力学强度之间差异除冲击强度外其他都差异明
显 o而不同共混温度之间塑料合金力学强度的差异有的明显 o有的不明显 ∀而且从表 {数据可见 o共混温度
对 ⁄°∞Π°≥ € uxΠzx的配方的影响大 o对 ⁄°∞Π°≥为 zxΠux的配方的影响小 ∀⁄°∞Π°≥合金弯曲弹性模量
随温度的变化比其他性能小 o这主要是因为弯曲弹性模量主要是材料刚性的体现 o主要受材料配方k即共混
比例l的影响 ∀
表 6 塑料合金力学性能的方差分析
Ταβ .6 Τηε ΑΝΟς Α φορ τηε µεχηανιχαλ προπερτιεσ οφ πλαστιχ αλλοψσ
变异来源
≥²∏µ¦¨
冲击强度
Œ°³¤¦·¶·µ¨±ª·«
弯曲强度
ƒ¯ ¬¨∏µ¤¯ ¶·µ¨±ª·«
弯曲模量
ƒ¯ ¬¨∏µ¤¯ °²§∏¯∏¶
拉伸强度
× ±¨¶¬¯¨ ¶·µ¨±ª·«
Φ值
Φ √¤¯∏¨
显著性
≥¬ª±¬©¬¦¤±¦¨
Φ值
Φ √¤¯∏¨
显著性
≥¬ª±¬©¬¦¤±¦¨
Φ值
Φ √¤¯∏¨
显著性
≥¬ª±¬©¬¦¤±¦¨
Φ值
Φ √¤¯∏¨
显著性
≥¬ª±¬©¬¦¤±¦¨
变量 ²§¨¯ {t1z| s1sss t t|u1x s1sss t t sy{1{ s1sss t zu1x s1sss t
⁄°∞Π°≥ usv1| s1sss t wx|1x s1sss t u yyw s1sss t tys1s s1sss t
共混温度 …¯ ±¨§
·¨°³¨µ¤·∏µ¨ s1wt s1zwx s tw1x s1sss t x s1ssv s tw1u s1sss t
ty 第 v期 郭文静等 }⁄°∞Π°≥塑料合金及其与木纤维形成复合材料的研究
表 7 ΛΛ∆ΠΕΠΠΣ比例对塑料合金力学性能影响的多重比较 ≠
Ταβ .7 Τηε ΛΣ∆ τεστ φορ ΛΛ∆ΠΕΠΠΣ ρατιο ον τηε προπερτιεσ οφ πλαστιχ αλλοψσ
⁄°∞Π°≥
冲击强度
Œ°³¤¦·¶·µ¨±ª·«
弯曲强度
ƒ¯ ¬¨∏µ¤¯ ¶·µ¨±ª·«
弯曲模量
ƒ¯ ¬¨∏µ¤¯ °²§∏¯∏¶
拉伸强度
× ±¨¶¬¯¨ ¶·µ¨±ª·«
平均值
 ¤¨±
Τ结果
Τ ªµ²∏³¬±ª
平均值
 ¤¨±
Τ结果
Τ ªµ²∏³¬±ª
平均值
 ¤¨±
Τ结果
Τ ªµ²∏³¬±ª
平均值
 ¤¨±
Τ结果
Τ ªµ²∏³¬±ª
uxΠzx v1y … uz1{ „ txts „ tv1u „
xsΠxs w1v … tv1u … zx| … y1x ≤
zxΠux t|1| „ ts1y ≤ v|s ≤ |1s …
≥⁄€ t1{ ≥⁄€ t1uu ≥⁄€ vt ≥⁄€ s1zy
≠ Α€ s1sx o自由度 ⁄ƒ € yy o Τ的临界值 ≤µ¬·¬¦¤¯ √¤¯∏¨ € u1ss o下同 ׫¨ ¶¤°¨ ¥¨ ²¯º q
表 8 共混温度对塑料合金力学性能影响的多重比较
Ταβ .8 Τηε ΛΣ∆ τεστ φορ βλενδ τεµ περατυρε ον τηε προπερτιεσ οφ πλαστιχ αλλοψσ
共混温度
…¯ ±¨§
·¨°³¨µ¤·∏µ¨Πε
冲击强度
Œ°³¤¦·¶·µ¨±ª·«
弯曲强度
ƒ¯ ¬¨∏µ¤¯ ¶·µ¨±ª·«
弯曲模量
ƒ¯ ¬¨∏µ¤¯ °²§∏¯∏¶
拉伸强度
× ±¨¶¬¯¨ ¶·µ¨±ª·«
平均值
 ¤¨±
Τ结果
Τ ªµ²∏³¬±ª
平均值
 ¤¨±
Τ结果
Τ ªµ²∏³¬±ª
平均值
 ¤¨±
Τ结果
Τ ªµ²∏³¬±ª
平均值
 ¤¨±
Τ结果
Τ ªµ²∏³¬±ª
uss |1x{ „ t{1zw „ {{{1vv … ts1|u „
uus |1z{ „ t{1zu „ |uz1ww „ ts1tw „
uws {1|v „ ty1xv … {yx1ss … {1|{ …
uys {1{t „ tw1{s ≤ {yz1tt … {1uz …
≥⁄€ u1tt ≥⁄€ t1wt ≥⁄€ vy1sy ≥⁄€ s1{{
图 t 不同塑料及塑料合金Π木纤维复合材料
ƒ¬ªqt ׫¨ ¦²°³²¶¬·¨¶²© º²²§©¬¥¨µº¬·«§¬©©¨µ¨±·³¯¤¶·¬¦¶
¤±§⁄°∞Π°≥ ¤¯ ²¯¼¶
212 塑料合金Π木纤维复合材料性能评价
u1u1t 复合材料外观质量 图 t为不同塑料及塑料合
金Π木纤维复合材料 ∀根据前述的外观质量评价方法所
得到的木塑复合材料板的外观质量评价结果见表 | ∀
从表 |和图 t的结果可以看出 o⁄°∞Π°≥ € xsΠxs的
塑料合金Π木纤维复合材料板面均匀 o外观质量最好 o
⁄°∞Π°≥ € uxΠzx的次之 o⁄°∞Π°≥ € zxΠux中除 uus ε
时较好外 o其余都很差 ∀⁄°∞Π°≥ € xsΠxs的塑料合金Π
木纤维复合材料板面外观质量比 ⁄°∞Π木纤维复合材
料和 °≥Π木纤维复合材料要好得多 o而且比物理力学性
能较好的 °°Π木纤维复合材料的外观质量还好 ∀板材外
观质量均匀 o说明该塑料合金与木纤维的混容性好 ∀比
较复合材料板面外观质量与相应塑料合金的物理力学性
能不难发现 o外观质量较好的共混比为 xsΠxs的塑料合金的性能并不好 o强度都比较低k相对于相应的共混
比l o说明塑料合金Π木纤维复合材料的外观质量与合金力学性能没有明显的相关关系 ∀从塑料合金的 ƒ•
值看 o共混比对 ƒ• 值影响不显著 o但是板面外观质量却与塑料合金的共混比有明显的关系 ∀由此可见 o影
响板材外观质量的因素比较复杂 o不是单一因素所决定的 o与不同比例的塑料共混形成的两相结构及共混后
的表面性能 !熔体流动性能都有关 o此方面的机理还有待进一步研究 ∀
表 9 木塑复合材料外观质量评价结果
Ταβ .9 Τηε εϖαλυατινγ ρεσυλτσ οφ αππεαρανχε θυαλιτψ οφ πλαστιχ αλλοψΠΩΦ χοµ ποσιτεσ
试验号 ∞¬³q‘²1 t u v w x y z {
外观质量 „³³¨¤µ¤±¦¨ ∏´¤¯¬·¼ z w x x ts { { ts
试验号 ∞¬³q‘²q | ts tt tu ⁄°∞Π• ƒ °≥Π• ƒ °°Π• ƒ
外观质量 „³³¨¤µ¤±¦¨ ∏´¤¯¬·¼ v y v v w v z
通过 ⁄°∞与 °≥的共混可以改善其复合材料的外观质量 o这一点对于本研究的开展是极有意义的 o为
以后开展塑料共混改性的进一步研究及在产业化中应用该技术提供了重要的依据和信息 ∀
uy 林 业 科 学 wu卷
表 10 塑料合金Π木纤维复合材料物理力学性能
Ταβ .10 Τηε πηψσιχαλ ανδ µεχηανιχαλ προπερτιεσ οφ πλαστιχ αλλοψΠΩΦ χοµ ποσιτεσ
试验号
∞¬³¨µ¬°¨ ±·
‘²q
密度
⁄¨ ±¶¬·¼Π
kª#¦°pvl
冲击强度
Œ°³¤¦·¶·µ¨±ª·«Π
k®#°pul
弯曲强度
ƒ¯ ¬¨∏µ¤¯ ¶·µ¨±ª·«Π
°¤
弯曲模量
ƒ¯ ¬¨∏µ¤¯ °²§∏¯∏¶Π
°¤
拉伸强度
× ±¨¶¬¯¨ ¶·µ¨±ª·«Π
°¤
t t1ts x1t ww1x v twy ut1sx
u t1s{ w1x v|1| u {xu t{1{w
v t1s| x1t wz1| u |xs us1{{
w t1s{ w1| v|1t u zzu t|1zz
x t1sz y1{ vy1u u tw{ t|1zx
y t1sy y1u ux1x t {u| tw1sw
z t1sy y1u ux1x t {{x tu1wt
{ t1sz y1t u|1s u st{ ty1v{
| t1sw {1u uw1s t wyw tx1ty
ts t1sx ts1z ut1{ t vxv tu1ws
tt t1su {1{ us1v t vss tt1yv
tu t1sv z1| t|1w t t|s tt1st
u qu qu 复合材料物理力
学性能 表 ts列出了塑
料合金与木纤维复合材料
的物理力学性能结果 ∀从
表中可以看出 o塑料合金
与木纤维复合后 o密度都
比塑料合金材料有所增
加 ∀对于试验数据的可靠
性与试验考察因素的显著
性进行方差分析 o其结果
见表 tt ∀试验中考察变
量对材料性能影响显著 o
数据可靠 ∀ ⁄°∞Π°≥ 和
共混温度对复合材料的冲
击强度 !弯曲强度 !弯曲弹
性模量 !拉伸强度都有显著影响 ∀除共混温度对冲击强度影响的显著性为 |t h外 o其余的显著性均在 || h
以上 ∀
表 11 塑料合金Π木纤维复合材料力学性能的方差分析
Ταβ .11 Τηε ΑΝΟς Α φορ τηε µεχηανιχαλ προπερτιεσ οφ πλαστιχ αλλοψΠΩΦ χοµ ποσιτεσ
变异来源
≥²∏µ¦¨
冲击强度
Œ°³¤¦·¶·µ¨±ª·«
弯曲强度
ƒ¯ ¬¨∏µ¤¯ ¶·µ¨±ª·«
弯曲模量
ƒ¯ ¬¨∏µ¤¯ °²§∏¯∏¶
拉伸强度
× ±¨¶¬¯¨ ¶·µ¨±ª·«
Φ值
Φ √¤¯∏¨
显著性
≥¬ª±¬©¬¦¤±¦¨
Φ值
Φ √¤¯∏¨
显著性
≥¬ª±¬©¬¦¤±¦¨
Φ值
Φ √¤¯∏¨
显著性
≥¬ª±¬©¬¦¤±¦¨
Φ值
Φ √¤¯∏¨
显著性
≥¬ª±¬©¬¦¤±¦¨
变量 ²§¨¯ |w1{ s1sss t uwv1u s1sss t vs{1u s1sss t y{1z s1sss t
⁄°∞Π°≥ uvv1x| s1sss t xxs s1sss t zxt1{ s1sss t tv|1y s1sss t
共混温度 …¯ ±¨§
·¨°³¨µ¤·∏µ¨ u1uw s1s| v{1x s1sss t tu1wx s1sss t ut1w s1sss t
tl共混比例对塑料合金Π木纤维复合材料性能的影响 表 tu是 ⁄°∞Π°≥合金共混比对其木纤维复合
材料力学性能影响的 ≥⁄多重比较结果 ∀图 u为不同共混比与共混温度条件的塑料合金Π木纤维复合材料
性能比较 ∀
表 tu的多重比较表明不同共混比的复合材料冲击强度 !弯曲强度 !弯曲模量及拉伸强度的差异都非常
显著 o而且共混比 ⁄°∞Π°≥为 uxΠzx时 o除冲击强度最差外 o其他性能最好 ∀
表 12 ΛΛ∆ΠΕΠΠΣ对其木纤维复合材料力学性能影响的多重比较
Ταβ .12 Τηε ΛΣ∆ τεστ φορ ΛΛ∆ΠΕΠΠΣ ρατιο ον τηε προπερτιεσ οφ χοµ ποσιτεσ
⁄°∞Π°≥
冲击强度
Œ°³¤¦·¶·µ¨±ª·«
弯曲强度
ƒ¯ ¬¨∏µ¤¯ ¶·µ¨±ª·«
弯曲模量
ƒ¯ ¬¨∏µ¤¯ °²§∏¯∏¶
拉伸强度
× ±¨¶¬¯¨ ¶·µ¨±ª·«
平均值
 ¤¨±
Τ结果
Τ ªµ²∏³¬±ª
平均值
 ¤¨±
Τ结果
Τ ªµ²∏³¬±ª
平均值
 ¤¨±
Τ结果
Τ ªµ²∏³¬±ª
平均值
 ¤¨±
Τ结果
Τ ªµ²∏³¬±ª
uxΠzx w1| ≤ ws1{z „ u |vs „ us1tv „
xsΠxs y1v … u|1sx … t |y| … tx1yw …
zxΠux {1w „ ut1vz ≤ t vuz ≤ tu1xx ≤
≥⁄€ s1vv ≥⁄€ t1t{ ≥⁄€ {v ≥⁄€ s1|t
从图 u ¤可以看出 o不同比例的塑料合金Π木纤维复合材料的冲击强度都比聚苯乙烯Π木纤维复合材料的
冲击强度高 o但也都低于 ⁄°∞Π木纤维复合材料的冲击强度 ∀随着复合材料中 ⁄°∞含量的增加 o复合材
料的冲击强度增加 o而且不同比例之间差异显著 ∀⁄°∞Π°≥ € xsΠxs和 zxΠux的合金复合材料的冲击强度分
别接近和超过了 °°Π木纤维复合材料的值kz1t ®#°pulk郭文静等 oussxl ∀
vy 第 v期 郭文静等 }⁄°∞Π°≥塑料合金及其与木纤维形成复合材料的研究
图 u 不同 ⁄°∞Π°≥和共混温度的复合材料力学性能
ƒ¬ªqu ׫¨ °¨ ¦«¤±¬¦¤¯ ³µ²³¨µ·¬¨¶²© º²²§©¬¥¨µ¦²°³²¶¬·¨¶º¬·«§¬©©¨µ¨±·⁄°∞Π°≥ µ¤·¬²¤±§¥¯ ±¨§·¨°³¨µ¤·∏µ¨
从图 u ¥可见 o塑料合金Π木纤维复合材料的弯曲强度介于 °≥Π木纤维复合材料和 ⁄°∞Π木纤维复合材
料的弯曲强度之间 ∀其变化规律是随着塑料合金Π木纤维复合材料中 ⁄°∞比例的增加 o复合材料的弯曲
强度下降 ∀多重比较表明 o不同共混比的复合材料的弯曲强度的差异显著 o说明复合材料的弯曲强度与共混
比有显著的相关关系 ∀其中 ⁄°∞Π°≥ € xsΠxs o共混温度为 uss ε 的塑料合金Π木纤维复合材料的性能也接
近于 °°Π木纤维复合材料的性能 ∀
弯曲弹性模量和拉伸强度随塑料合金Π木纤维复合材料中 ⁄°∞Π°≥比例的变化规律基本与弯曲强度相
似k图 u ¦o§l ∀不同的是 o在 ⁄°∞Π°≥ € uxΠzx时 o复合材料的弯曲弹性模量大于或接近于 °≥Π木纤维复合材
料的弯曲弹性模量 ∀多重比较结果也表明 o不同共混比的弯曲弹性模量差异显著 ∀由此可见 o合金Π木纤维
复合材料的性能与被共混的 u种塑料及共混比有一定的相关性 ∀而且 o⁄°∞Π°≥ € uxΠzx和某些 ⁄°∞Π°≥
€ xsΠxs的合金Π木纤维复合材料的弯曲弹性模量接近或大于 °°Π木纤维复合材料的相应性能 ∀
ul共混温度对塑料合金Π木纤维复合材料性能影响的评价 表 tv是不同共混温度对塑料合金Π木纤维复
合材料力学性能影响的多重比较结果 ∀从表中可见 o共混温度 uss ε 时的塑料合金的木纤维复合材料的综
合力学性能最好 o而且与其他温度的力学性能之间的差异显著 ∀其他温度之间的力学性能除 uws ε 时冲击
强度差异显著外 o其他性能的差异都不显著 ∀
表 13 共混温度对其复合材料力学性能影响的多重比较
Ταβ .13 Τηε ΛΣ∆ τεστ φορ βλενδ τεµ περατυρε ον τηε προπερτιεσ οφ χοµ ποσιτεσ
共混温度
…¯ ±¨§
·¨°³¨µ¤·∏µ¨Πε
冲击强度
Œ°³¤¦·¶·µ¨±ª·«
弯曲强度
ƒ¯ ¬¨∏µ¤¯ ¶·µ¨±ª·«
弯曲模量
ƒ¯ ¬¨∏µ¤¯ °²§∏¯∏¶
拉伸强度
× ±¨¶¬¯¨ ¶·µ¨±ª·«
平均值
 ¤¨±
Τ结果
Τ ªµ²∏³¬±ª
平均值
 ¤¨±
Τ结果
Τ ªµ²∏³¬±ª
平均值
 ¤¨±
Τ结果
Τ ªµ²∏³¬±ª
平均值
 ¤¨±
Τ结果
Τ ªµ²∏³¬±ª
uss y1y| „ vw1| „ u uxu „ t{1yx „
uus y1xu „… u|1s … u stt … tx1s| …
uws y1zt „ u{1y … u swx … tw1|z …
uys y1uz … u|1u … t ||v … tx1zu …
≥⁄€ s1v{ ≥⁄€ t1vy ≥⁄€ |y ≥⁄€ t1sx
从图 u可见 o共混温度对塑料合金Π木纤维复合材料性能的影响与合金中 ⁄°∞和 °≥的比例有关 o
wy 林 业 科 学 wu卷
图 v ⁄°∞Π°≥合金及其木纤维复合材料 ⁄„曲线
ƒ¬ªqv ׫¨ ⁄ „ ¦∏µ√ ¶¨²©⁄°∞Π°≥ ¤¯ ²¯¼¶¤±§·«¨¬µ
º²²§©¬¥¨µ¦²°³²¶¬·¨¶
⁄°∞Π°≥不同 o复合材料性能随温度的变化规律也不
同 ∀⁄°∞Π°≥ € xsΠxs时 o共混温度 uss ε 和 uys ε 时
复合材料的性能明显优于 uus ε 和 uws ε 时的性能 ∀
总的结果是 o共混温度为 uss ε 时塑料合金Π木纤维复
合材料的各项物理力学性能最好 ∀
综上所述 o共混比例与共混温度对塑料合金Π木纤
维复合材料的物理力学性能都有影响 o塑料合金Π木纤
维复合材料的性能与被共混的塑料的性能相关 ∀在
⁄°∞Π°≥ € xsΠxs o共混温度为 uss ε 时的塑料合金制
得的复合材料的性能接近 °°Π木纤维复合材料相应的
各项力学性能k图 ul ∀
213 塑料合金及其木纤维复合材料的动态力学性能
图 v 是 ⁄°∞Π°≥ 分别为 uxΠzx !xsΠxs 及 zxΠux 的
⁄°∞Π°≥合金及其木纤维复合材料的动态力学性能结
果 ∀从图中可以看到 o上述塑料合金与木纤维复合后 o
复合材料的玻璃态转变温度 Τª都比相应的合金材料升
高 ∀ Τª升高的原因是木纤维的存在 o阻碍了合金材料
中 °≥相的分子链的运动 o从而延迟了 °≥相发生玻璃态
转变的时间 ∀张开kt|{tl也曾提到/填料一般使出现最
大阻尼k即·¤±∆l的温度推向较高的温度0 ∀
从塑料合金及其木纤维复合材料的贮存模量 Εχ与
损耗模量 Εδ随温度变化的曲线中可以看出 o塑料合金
与木纤维复合后 o材料的模量明显增加 o尤其是在较高
温度下材料的模量增加更显著 ∀ Εχ与 Εδ的矢量和为杨
氏模量 ∀从图 v中可以看到 o在室温至 °≥的玻璃态转
变温度范围内 o复合材料的模量明显高于塑料合金本身
的模量 ∀温度高于 °≥的 Τª时 o塑料合金的模量很低 o
但是 o它们的复合材料在相应温度下的模量明显提高 ∀
如共混比为 uxΠzx时的 ⁄°∞Π°≥合金在 tvs ε 时的贮
存模量仅为 x1z °¤o但其木纤维复合材料在 tvs ε 时
的贮存模量为 uss °¤o相差几十倍 o这一点对于材料的
应用是非常重要的 ∀塑料材料在使用中的弱点之一就是材料的热塑性 o即在较高温度下材料的强度下降严
重 o但是当将塑料与木纤维复合后 o材料的动态力学性能明显升高 o在较高温度下材料的强度明显增加 o热稳
定性提高 ∀
v 结论
⁄°∞Π°≥共混比与共混温度不同 o共混过程中 o所制备的塑料合金的熔体流动性也不同 ∀ ƒ• 值随着
共混温度的升高而下降 o但是不同共混比例对塑料合金的熔体流动速率的影响不显著 ∀⁄°∞Π°≥比和共
混温度对塑料合金材料的力学性能都有显著影响 o其中共混比对塑料合金性能的影响比共混温度的影响程
度更大 ∀随着塑料合金中 ⁄°∞含量的增加 o合金的抗冲击性上升 o而且 o⁄°∞Π°≥ € zxΠux时 o增加幅度很
大 o然而弯曲强度 !弯曲弹性模量和拉伸强度都下降 ∀共混温度对不同共混比例的塑料合金的力学性能的影
响也各不相同 ∀
不同共混比与不同共混温度的塑料合金制备的塑料合金Π木纤维复合材料 o板材外观质量不同 ∀共混比
⁄°∞Π°≥ € xsΠxs o共混温度为 uss ε 和 uys ε 的合金与木纤维的复合材料具有较好的相容性 o所制得的板材
两相均匀 o板面质量最好 ∀塑料合金Π木纤维复合材料的物理力学性能与塑料的共混比例相关 ∀共混比不
xy 第 v期 郭文静等 }⁄°∞Π°≥塑料合金及其与木纤维形成复合材料的研究
同 o共混温度对其复合材料性能的影响也不同 ∀
⁄°∞Π°≥为 xsΠxs o共混温度为 uss ε 的木纤维复合材料的物理力学性能最好 ∀其性能接近于 °°Π木纤
维复合材料的力学性能 o而且复合材料外观质量优于 °°Π木纤维复合材料 ∀
通过本研究可见 o将不同性能的塑料进行共混 o制备成塑料合金 o改善塑料的某些性能缺陷 o可以改善塑
料与木纤维复合的相容性 o可以用 ⁄°∞和 °≥制备出综合性能优良的木塑复合材料 ∀以上结果为木塑复
合材料的研发与应用开辟了新的途径 ∀
参 考 文 献
本忠 qussu1 木材 Η • ¬ | „ ⁄ ‚ Η Ν 合体 1 „°¤¶·o‘²1wu }tt p tx
郭文静 o王 正 1 t|||1 木塑复合材料制造技术的研究 q中国青年绿色论坛k第三届青年学术研讨会论文集l o北京 }中国林业出版社 ot|w p t|z
郭文静 o王 正 o黑须博司 qussx q三种塑料与木纤维复合性能的研究 q木材工业 ot|kul }{ p tt
王 正 qussu q木塑复合材料的研究及发展 q林业经济 o专刊 }vw p ws
王 正 qusst q木塑复合材料界面特性及其影响因子研究 q中国林业科学研究院博士论文
吴培熙 o张留成 qt||y q聚合物共混改性 q北京 }中国轻工业出版社
辛浩波 qusss q塑料合金及塑橡共混改性 q北京 }中国轻工业出版社
张 开 qt|{t q高分子物理学 q北京 }化学工业出版社
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∏ o • ∏ ± qussu q ׫¨ ¬±©¯∏¨±¦¨ ²© °¤¯ ¤¨·¬²± ²± ³²¯¼°¨ µ¤§¶²µ³·¬²± ¤±§©¬¬¤·¬²±o º²²§¶∏µ©¤¦¨ º ·¨¤¥¬¯¬·¼ ¤±§¬±·¨µ©¤¦¬¤¯ ¥²±§¬±ª¶·µ¨±ª·«¬± º²²§2°∂ ≤
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k责任编辑 石红青l
yy 林 业 科 学 wu卷