全 文 ：第 v|卷 第 x期
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林 业 科 学
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木塑复合工艺因子对复合材料性能的影响
王 正 鲍甫成 郭文静
k中国林业科学研究院木材工业研究所 北京 tsss|tl
摘 要 } 选用 u种人工林木材k马尾松与杨木l和 v种废弃塑料k聚乙烯 !聚丙烯及聚苯乙烯l为原料 o采用木
材与塑料冷混 p热压工艺 o通过正交试验研究不同树种 !木材组元形态 !补强剂 !塑料种类 !板材密度及不同木
塑混合比等复合工艺因子对木塑复合材料性能的影响 ∀结果表明 }树种 !木材组元形态 !塑料种类 !木塑复合
比例 !板材密度与补强剂等复合工艺因子对木塑复合材料性能有不同程度的影响 ~提高塑料在木塑复合材料
中的比例也可以达到与添加酚醛补强剂同样或更好的结果 ~以杨木原料 !细长刨花形态 !聚丙烯塑料 !板材密
度为 t ª#¦°pv等为最佳复合工艺因子 o制成的复合材料性能达到或超过相关普通刨花板 o包括室外结构用刨
花板性能指标 ∀
关键词 } 木材 o塑料 o复合材料 o复合工艺因子
收稿日期 }ussu p sw p st ∀
基金项目 }国家/九五0科技攻关项目k|y p stt p sv p s| p stl ∀
ΤΗΕ ΕΦΦΕΧΤ ΟΦ ΤΗΕ ΠΡ ΟΧΕΣΣ ΦΑΧΤΟΡΣ ΟΝ ΤΗΕ ΠΡ ΟΠΕΡΤΙΕΣ ΟΦ
ΩΟΟ∆2ΠΛΑΣΤΙΧΣ ΧΟΜΠΟΣΙΤΕ ΠΑΝΕΛΣ
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Κεψ ωορδσ} • ²²§o°¯¤¶·¬¦¶o≤²°³²¶¬·¨ ³¤±¨ ¶¯o°µ²¦¨¶¶©¤¦·²µ¶
木塑复合材料是当前木材科学与技术研究中十分重要的研究方向 ∀该材料以木材为基本体 o以塑
料为功能体 o通过不同的复合途径形成木塑复合材料k…¨ µ±¤µ§ ετ αλqot||z ~‹º¤±ªot||zl ∀由于它综合
了木材与塑料两种材料的性能特点 o因而具有非常广泛的应用前景k≠²∏±ª´ ∏¬¶·ετ αλqot|{|l ∀
木塑复合材料的形成有多种途径 o其中木材与塑料的冷混 p热压复合途径因其工艺过程简单 o原材
料范围广 o可利用现有国产普通人造板工艺技术及设备等优点 o正在受到越来越广泛的重视 ∀特别是在
当前我国人造板产品受甲醛释放问题困扰 !废弃塑料对环境污染越来越严重的情况下 o采用此种工艺 o
通过对现有我国人造板企业的技术改造来生产以废弃塑料和木材边角废料为原料的新型木塑复合材料
的人造板材 o将是一个有发展前景的技术tl ∀它能在增加新型木塑复合材料新产品的前提下 o既可彻底
解决我国人造板产品的毒性游离甲醛释放问题 o又可在一定程度上缓解白色污染问题 ∀
tl王 正 q我国人造板工业研究及发展问题探讨 q面向 ut世纪的林业国际会议论文集 o中国林学会 o加拿大林学会 ot||z }v| p wv
本文将以 u种木材加工剩余物 !v种废弃回收塑料为原料 o探讨在冷混 p热压工艺技术路线下 o几
种不同的工艺因子对木塑复合材料板材性能的影响 ∀
t 材料与方法
111 材料
t1t1t 木质材料的选择与试料制作 选用马尾松k Πινυσ µασσονιαναl与杨木k Ποπυλυσ¶³ql的木材加工剩
余物为木质试料 o分别去皮并分别制成 v种不同组元形态的试料 }大片刨花 !细长刨花及木纤维 ∀
t1t1u 塑料材料的选择与试料制作 选用 v种废弃塑料 }废农膜k主要成份为聚乙烯 °∞l o废编织袋
k主要成份为聚丙烯 °°l及废塑料发泡饭盒k主要成份为聚苯乙烯 °≥l o将此 v种塑料分别磨制成颗粒度
为 w °°左右的粉状粒料 ∀
112 方法
t1u1t 工艺技术路线与流程 塑料处理 塑料 清洗 粉碎 干燥 塑料干粉粒料 ~木刨
花与木纤维制备 木材加工剩余物 削片 刨片k磨浆l 干燥 干刨花或纤维复合材料制
作 ~塑料干粉 !刨花或纤维 常温混合 铺装 热压 后处理 复合材料板材 ∀
t1u1u 基本复合条件的选定 热压温度 热压温度的选择主要依据塑料熔融温度与木质材料热降解
温度而定 o一般热压温度应高于塑料的熔融温度 o低于木材降解温度 ∀本研究选用kt|x ? xl ε ∀压力
木塑复合材料的复合压力主要取决于板材的目标密度 ∀在有厚度规控制的前提下 o本研究以达到最高
目标密度为 tª#¦°pv的复合压力为选定压力值 o即 x °¤∀热压时间 依据压制板材厚度及达到板材目
标密度的传热速度 o同时考虑到塑料的流展 o本研究热压时间的选择比一般热固性粘合剂的普通人造板
的热压时间略长 o以使塑料在木材表面充分润展复合 ∀木材与塑料配料比 通过初步试验及相应成本
核算 o初筛选定塑料含量为 us h的木塑配料比 ∀
t1u1v 复合工艺因子的初步筛选 在基本复合条件选定之后 o关于树种 !塑料种类 !复合材料密度 !补
强剂及木材组元形态等复合工艺因子的初步筛选 o将根据这些因子对复合材料性能影响的显著性检验
与水平效应值来选定 ∀
采用正交法试验 o因子及水平的设计见表 t∀选用 {个试验因子的正交表 t{kut ≅ vzl为初筛正交表 o
其中 x个试验因子列 o并留出 v个空白列k试验误差列l以进行显著性检验k表 ul ∀依据此设计压制的复合
材料板材物理力学性能分别测定以下指标 }板材静曲强度 !水煮 u «后湿状内结合强度及水浸 uw «板材吸
水厚度膨胀率 ∀
表 1 木塑复合板材试验的因子与水平表 ≠
Ταβ .1 Τηε εξπεριµεντ φαχτορσ ανδ λεϖελσ οφ τηε ωοοδ2πλαστιχσ χοµ ποσιτε πανελσ
水平
¨√¨¯¶
树种
×µ¨¨¶³¨¦¬¨¶
组元形态
ƒ²µ°¶
塑料种类
Ž¬±§¶²©³¯¤¶·¬¦¶
板材密度
⁄¨ ±¶¬·¼Πkª#¦°pvl
补强剂
≥·µ¨±ª·«¨ ±¬±ª¤§§¬·¬√¨
t 杨木 °²³¯¤µ 大片刨花 • ¤©¨µ 聚乙烯k°∞l°²¯¼¨ ·«¼¯ ±¨¨ s1z s
u 马尾松 ¤¶¶²± °¬±¨ 细长刨花 ׫¬± ©¯¤®¨ 聚丙烯k°°l°²¯¼³µ²³¼¯ ±¨¨ s1{x „
v 木纤维 • ²²§©¬¥¨µ 聚苯乙烯k°≥l°²¯¼¶·¼µ¨±¨ t1ss …
≠ „为酚醛树脂粘合剂 o添加量为 x h ~…为聚乙烯改性的聚醋酸乙烯乳液 o添加量为 x h ~s为未施加补强剂 ∀表 u同 ∀ / „0 ¬¨³µ¨¶¶¨¶
³«¨ ±²¯2©²µ°¤¯§¨«¼§¨ µ¨¶¬± k°ƒl ¤§«¨¶¬√¨o·«¨ ¤§§¬±ª¤°²∏±·¬¶x h ~/ …0 ¬¨³µ¨¶¶¨¶³²¯¼¨ ·«¼¯ ±¨¨ 2³²¯¼√¬±¼¯ ¤¦¨·¤·¨ °¨∏¯¶¬²±o·«¨ ¤§§¬±ª¤°²∏±·¬¶x h ~
/ s0 ¬¨³µ¨¶¶¨¶±²¤§§¬·¬√¨ ¶q׫¨ ¶¤°¨º¬·«×¤¥qu q
{{ 林 业 科 学 v|卷
表 2 木塑复合板材试验的试验设计表
Ταβ .2 Τηε εξπεριµεντ δεσιγν οφ τηε ωοοδ2πλαστιχσ χοµ ποσιτε πανελσ
试验号
∞¬³¨µ¬°¨ ±·
‘²q
ktl
树种
×µ¨¨¶³¨¦¬¨¶
kul
组元形态
ƒ²µ°¶
kvl
塑料种类
Ž¬±§¶²©
³¯¤¶·¬¦¶
kwl
误差
∞µµ²µ
kxl
误差
∞µµ²µ
kyl
板材密度
⁄¨ ±¶¬·¼Π
kª#¦°pvl
kzl
补强剂
≥·µ¨±ª·«¨ ±¬±ª
¤§§¬·¬√¨
k{l
误差
∞µµ²µ
t
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杨木 °²³¯¤µ
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大片刨花 • ¤©¨µ
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杨木 °²³¯¤µ
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聚乙烯 °²¯¼¨ ·«¼¯ ±¨¨
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大片刨花 • ¤©¨µ
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聚丙烯 °²¯¼³µ²³¼¯ ±¨¨
u t u
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聚丙烯 °²¯¼³µ²³¼¯ ±¨¨
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木纤维 • ²²§©¬¥¨µ
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聚丙烯 °²¯¼³µ²³¼¯ ±¨¨
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杨木 °²³¯¤µ
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聚苯乙烯 °²¯¼¶·¼µ¨±¨
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杨木 °²³¯¤µ
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细长刨花 ׫¬± ©¯¤®¨
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聚苯乙烯 °²¯¼¶·¼µ¨±¨
u u v
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杨木 °²³¯¤µ
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木纤维 • ²²§©¬¥¨µ
v
聚苯乙烯 °²¯¼¶·¼µ¨±¨
v t u
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马尾松 ¤¶¶²± °¬±¨
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聚乙烯 °²¯¼¨ ·«¼¯ ±¨¨
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马尾松 ¤¶¶²± °¬±¨
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细长刨花 ׫¬± ©¯¤®¨
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聚乙烯 °²¯¼¨ ·«¼¯ ±¨¨
u v u
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木纤维 • ²²§©¬¥¨µ
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聚丙烯 °²¯¼³µ²³¼¯ ±¨¨
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聚苯乙烯 °²¯¼¶·¼µ¨±¨
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t
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t
t1u1w 复合工艺因子的复筛验证与确定 在完成复合工艺因子初筛试验后 o对选定的较好工艺因子进
行验证试验 o以选出最佳复合工艺因子 ∀
t1u1x 物理力学性能检测方法 静曲强度 !uw «水浸吸水厚度膨胀率以及水煮 u «内结合强度均根据
德国室外用建筑结构人造板 ⁄Œ‘y{zyv p ∂tss标准规定测定 ∀每个试验条件的每个性能测定的取样量
为 |个k来自 v块板l ∀
u 结果与讨论
木塑复合材料板材的物理力学性能测试结果见表 v ∀
211 复合工艺因子对复合材料板材静曲强度的影响
木塑复合材料板材静曲强度离散度非常之大 o最高值达到 wx °¤以上 o而最低值不到 tu °¤o平均
|{ 第 x期 王正等 }木塑复合工艺因子对复合材料性能的影响
值为 ux qtv °¤k表 vl ∀通过对试验数据的显著性检验与水平效应值分析 o找出影响复合材料板材静曲
强度的关键因子与水平k表 w !xl ∀
表 3 木塑复合材料板材物理力学性能
Ταβ .3 Τηε πηψσιχαλ ανδ µεχηανιχαλ προπερτιεσ οφ ωοοδ2πλαστιχσ χοµ ποσιτε πανελσ
试验号
∞¬³¨µ¬° ±¨·‘²q
静曲强度
…¨ ±§¬±ª¶·µ¨±ª·«Π°¤
水煮 u «内结合强度
Œ±·¨µ±¤¯ ¥²±§¶·µ¨±ª·«¤©·¨µ
u «¥²¬¯·¨¶·Π°¤
吸水厚膨胀率
׫¬¦®±¨ ¶¶ ¬¨³¤±¶¬²±µ¤·¨ ²©
º¤·¨µ¤¥¶²µ¥¬±ªΠh
t uw quv s1tus t|1v|
u uv1sz s1u|s tt1xy
v u{1xy s1s{s u{1z|
w uz1{s s1svy vu1u|
x uu1yy s1v|s tu1|{
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z t|1zw s1ssx vt1x{
{ uw q|t s1stu uy1zz
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tt ux qw{ s1yus {1ut
tu tw qyy s1ss{ xt1u{
tv wt1{w s1vwx ts1zv
tw uw qtw s1uzv us1u{
tx tt1x| s1stz w{1yx
ty uv1tv s1tss tu1|x
tz tw q|| s1ssu v|1vz
t{ tv1zz s1sss x zv1zu
平均值
„√ µ¨¤ª¨ ux qtv s1ty| uy1wt
表 4 工艺因子对静曲强度影响的方差分析及显著性检验 ≠
Ταβ .4 Τηε ϖαριανχε αναλψσισ ανδ σιγνιφιχανχε τεστ οφ τηε προχεσσφαχτορστο τηε βενδινγ στρενγτη
树种
×µ¨¨¶³¨¦¬¨¶
组元形态
ƒ²µ°¶
塑料种类
Ž¬±§¶²©³¯¤¶·¬¦¶
密度
⁄¨ ±¶¬·¼
补强剂
≥·µ¨±ª·«¨ ±¬±ª¤§§¬·¬√¨
备注
• °¨¤µ®
Σ¬ t{w qx{ zu1vw tvy1zu v|z1w| xw|1sw
Φ„ks1usl € u1tku1tl
Φ„ks1sxl € x qtky1sl
Φ„ks1stl € ts1|ktv1zl
φ¬ t u u u u
Σ¬Πφ¬ t{w qx{ vy1tz y{1vy t|{1zx uzw qxu
Σ¨ {z1su {z1su {z1su {z1su {z1su
φ¨ y y y y y
Σ Π¨φ¨ tw qxs tw qxs tw qxs tw qxs tw qxs
Φ„ tu1zv u1w| w qzt tv1zs t{1|v
显著性
≥¬ª±¬©¬¦¤±¦¨ 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3
≠ Σ¬为因子的效应平方和 ~ φ¬为因子效应的自由度 ~ Σ¨为误差效应平方和 ~φ¨ 为误差效应自由度 ~Φ„ 为因子效应的显著性指标k Φ„ €
Σ¬Πφ¬ΠΣ Π¨φ¨ l ∀表 y !{同 ∀ / Σ¬0 ¶∏° ²©¶´∏¤µ¨¶²©©¤¦·²µ~/ φ¬0 ©µ¨¨§¨ªµ¨¨²©©¤¦·²µ~/ Σ 0¨ ¶∏° ²©¶´∏¤µ¨¶²© µ¨µ²µ~/ φ¨ 0 ©µ¨¨§¨ªµ¨¨²© µ¨µ²µ~/ Φ„0 ·«¨
¶¬ª±¬©¬¦¤±·√¤¯∏¨ ²©©¤¦·²µq׫¨ ¶¤°¨º¬·«×¤¥qy oפ¥q{ q
表 5 工艺因子对复合材料板材静曲强度影响的水平效应值 ≠
Ταβ .5 Τηελεϖελ εφφεχτιϖε ϖαλυεσ οφ προχεσσφαχτορστο βενδινγ στρενγτη
水平
¨√¨¯¶
树种
×µ¨¨¶³¨¦¬¨¶
组元形态
ƒ²µ°¶
塑料种类
Ž¬±§¶²©³¯¤¶·¬¦¶
密度
⁄¨ ±¶¬·¼
补强剂
≥·µ¨±ª·«¨ ±¬±ª¤§§¬·¬√¨
t v1us u1u| p t1tz p x q|| p w qvt
u p v1us p u1x| v1{s s1xt z1{s
v s1vt p u1yw x qw{ p v1w|
≠静曲强度平均值 ux qtv °¤∀ ׫¨ ¤√ µ¨¤ª¨ ²©¥¨ ±§¬±ª¶·µ¨±ª·«¬¶ux qtv °¤q
从表 w看出 o不同复合工艺因子对复合材料板材静曲强度的影响有较大差异 ∀其中补强剂 !板材密
度对复合材料的静曲强度性能影响非常显著 o树种很显著 o木材组元形态及塑料种类对复合材料的静曲
s| 林 业 科 学 v|卷
强度影响显著 ∀
u1t1t 补强剂对复合材料静曲强度的影响 补强剂对复合材料静曲强度影响达到统计学上的非常显
著k表 wl ∀其中 „号补强剂加量在 x h的前提下 o静曲强度比平均值提高了 z1{ °¤o效果非常好 ~而加
量为 x h的 …号补强剂则低于复合材料静曲强度平均值 v1w| °¤∀不添加补强剂 o其静曲强度值最低 o
比平均值低 w qvt °¤k表 xl ∀形成上述结果的原因主要为 „号补强剂与木材及塑料都易于形成较强粘
合 ∀尽管 …号补强剂与塑料有较好的相容性 o与木材的粘合性也很好 o但是与 „号补强剂性相比 o其分
子柔性较大 o难以达到较高的强度性能 ∀不加补强剂的复合材料板材强度大幅度降低的原因可能是塑
料与木质材料混合不匀 o进而在木塑复合材料中形成木质材料无胶搭接 ∀
u1t1u 板材密度对复合材料静曲强度的影响 板材密度也是一个对复合材料板材性能具有非常显著
影响的工艺因子k表 wl ∀板材密度越大 o其静曲强度越高 ∀其中 s1zs ª#¦°pv密度的板材静曲强度与
t ª#¦°pv的板材相差 tt1x °¤k表 xl o这一结果符合一般人造板材的性能规律 ∀在高强度板材制造技术
中 o提高板材密度是重要措施之一 ∀
u1t1v 树种对复合材料静曲强度的影响 树种对复合材料静曲强度的影响在统计上达到很显著k表
wl ∀杨木复合材料板材静曲强度比马尾松高出 y1ws °¤k表 xl o这样高的差值表明树种在木塑复合材
料性能中起作用 ∀树种对木塑复合材料强度性能k包括静曲强度 !内结合强度l的影响主要是由于不同
树种与塑料形成的复合材料界面相容性差异所致 ∀马尾松 p塑料复合材料的强度性能低于杨木 p塑料
复合材料的原因是马尾松k与杨木相比l较低的总表面自由能导致其与塑料的界面结合强度较弱所致
k经测定马尾松和杨木的总表面自由能分别为 uz1v °#°pu和 v{1| °#°pul ∀另外 o马尾松中的大量小
分子抽出物k松脂l在木塑复合界面形成弱边界层也是其与塑料形成的界面强度较低的原因之一 ∀
u1t1w 塑料种类对板材静曲强度的影响 相对于上述 v种因子 o塑料种类对复合材料静曲强度的影响
较低 o达到显著k表 wl ∀在 v种回收塑料中 o塑料编织袋k聚丙烯l与木质材料形成的复合材料静曲强度
最高 o农膜k聚乙烯l次之 o发泡饭盒k聚苯乙烯l最低k表 xl ∀不同塑料的木塑复合材料强度性能的差异
主要是由于塑料的表面自由能数值k聚丙烯塑料的表面自由能为 u{1s °#°pu o聚乙烯 vx qx °#°pu o聚
苯乙烯 ww °#°pulk顾惕人等 ot||zl以及其熔融温度k低密度聚乙烯的熔融温度为 ttx ∗ tt{ ε o聚丙烯
的熔融温度为 tzs ε o聚苯乙烯没有明显的熔点lk黄德余 ot||sl的差异所致 ∀塑料的表面自由能数值越
小 o熔融温度越低 o其在木材表面的流展性越好 o与木材形成的复合材料的强度越高 ∀
u1t1x 木材组元形态对复合材料静曲强度的影响 木材组元形态对木塑复合材料静曲强度性能的影
响也较低 o达到显著水平k表 wl ∀v种不同组元形态对静曲强度水平效应值中 o大片刨花的静曲强度最
高 o木纤维次之 o细长刨花最低k表 xl ∀大片刨花的木塑复合材料强度较高的原因可能是刨花强度较
高 o而木纤维的木塑复合材料强度好于细长刨花可能是由于木纤维与塑料的相互分散性较好 ∀
212 复合工艺因子对木塑复合材料板材内结合强度的影响
木塑复合材料板材内胶合强度见表 v o工艺因子对复合材料板材内结合强度的影响见表 y !z ∀
表 6 工艺因子对板材内胶合性能影响的方差分析及显著性检验
Ταβ .6 Τηε ϖαριανχε αναλψσισ ανδ σιγνιφιχανχε τεστ οφ τηε προχεσσφαχτορστο τηειντερναλ βονδ στρενγτη
树种
×µ¨¨¶³¨¦¬¨¶
组元形态
ƒ²µ°¶
塑料种类
Ž¬±§¶²©³¯¤¶·¬¦¶
密度
⁄¨ ±¶¬·¼
补强剂
≥·µ¨±ª·«¨ ±¬±ª¤§§¬·¬√¨
备注
• °¨¤µ®
Σ¬ s1sss w s1s{v s1tsx s1suv s1uws
Φ„ks1usl € u1tku1tl
Φ„ks1sxl € x qtky1sl
Φ„ks1stl € ts1|ktv1zl
Φ¬ t u u u u
Σ¬Πφ¬ s1sss w s1swt x s1sxu v s1stt v s1tus t
Σ¨ s1s{s s1s{s s1s{s s1s{s s1s{s
φ¨ y y y y y
Σ Π¨φ¨ s1stv w s1stv w s1stv w s1stv w s1stv w
Φ„ s1su| s v1tst z v1|ts | s1{ww u {1|zw u
显著性
≥¬ª±¬©¬¦¤±¦¨ 3 3 3 3
t| 第 x期 王正等 }木塑复合工艺因子对复合材料性能的影响
表 7 工艺因子对复合材料板材内结合强度的水平效应 ≠
Ταβ .7 Τηελεϖελ εφφεχτιϖε ϖαλυεσ οφ προχεσσφαχτορστο ιντερναλ βονδ στρενγτη
水平
¨√¨¯¶
树种
×µ¨¨¶³¨¦¬¨¶
组元形态
ƒ²µ°¶
塑料种类
Ž¬±§¶²©³¯¤¶·¬¦¶
密度
⁄¨ ±¶¬·¼
补强剂
≥·µ¨±ª·«¨ ±¬±ª¤§§¬·¬√¨
t s1ssx p s1sw| s1svy p s1svw p s1sys
u p s1ssx s1s|y s1szs p s1stx s1tyu
v p s1swz p s1tsy s1sw| p s1tst
≠平均内结合强度 s1ty| °¤∀ ׫¨ ¤√¨ µ¤ª¨ ¬±·¨µ±¤¯ ¥²±§¶·µ¨±ª·«¬¶s1ty| °¤q
从表 y的显著性检验分析中可以看出 o补强剂对内结合强度的影响很显著 o塑料种类和木材组元形
态对内结合强度的影响显著 o其它因子对内结合强度的影响均不显著 ∀通过对复合材料板材内结合强
度的水平效应值具体分析比较 o可看出各工艺因子对复合材料性能的影响程度k表 zl ∀
u1u1t 补强剂对复合材料板材内结合强度的影响 木塑复合材料内结合强度最高值为 s1yu °¤o最低
值为 s1sss x °¤o离散度很大k表 vl ∀补强剂对复合材料内结合强度影响达到统计上很显著k表 yl ∀ „
号补强剂内结合强度最大 o而添加 …号补强剂内结合强度比不加补强剂还低k表 zl ∀可能是 …号补强
剂自身强度较低 o或者它与木材或与塑料形成的胶合界面强度低于塑料与木质材料形成的界面强度 ∀
u1u1u 塑料种类对复合材料板材内结合强度的影响 塑料种类对复合材料板材内结合强度有显著性
影响k表 yl ∀聚丙烯复合材料的内结合强度最高 o聚苯乙烯复合材料的内结合强度最低k表 zl ∀形成这
一结果的原因主要有塑料的表面自由能 !熔融温度及所选复合工艺条件如复合温度与塑料的熔融温度
的差值的高低等 ∀
u1u1v 木材组元形态对复合材料板材内结合强度的影响 木材组元形态对复合材料板材的内结合强
度的影响显著k表 yl ∀在 v种不同的木材组元形态中 o细长刨花的内结合强度最高 o其它两种形态的内
结合强度在内结合强度平均值以下k表 zl ∀木材组元形态对木塑复合材料性能的影响机理还需在今后
研究进一步论证 ∀
u1u1w 树种及板材密度对内胶合强度的影响 树种及板材密度对复合材料板材内胶合强度的影响不
显著k表 yl o但从表 z的数据中还是可以看到以杨木为原料的复合材料板材内结合强度高于马尾松原
料复合材料 ~密度高的复合材料内结合强度高于密度低的复合材料 ∀至于树种对复合材料强度性能 o包
括内胶合性能的影响机理在前节已经论述 ∀
213 复合工艺因子对木塑复合材料板材尺寸稳定性的影响
木塑复合材料的尺寸稳定性结果见表 v o工艺因子对复合材料板材尺寸稳定性影响结果见表 { !| ∀
表 8 工艺因子对复合材料板材吸水厚度膨胀率的方差分析及显著性检验
Ταβ .8 Τηε ϖαριανχε αναλψσισ ανδ σιγνιφιχανχε τεστ οφ τηε προχεσσφαχτορστο τηε τηιχκνεσσ εξπανσιον ρατε οφ ωατερ αβσορβινγ
树种
×µ¨¨¶³¨¦¬¨¶
组元形态
ƒ²µ°¶
塑料种类
Ž¬±§¶²©³¯¤¶·¬¦¶
板材密度
⁄¨ ±¶¬·¼
补强剂
≥·µ¨±ª·«¨ ±¬±ª¤§§¬·¬√¨
备 注
• °¨¤µ®
Σ¬ xz{1y{ t twu1y{ v|u1{u |w quu t x{w q|z
Φ„ks1usl € u1tku1tl
Φ„ks1sxl € x qtky1sl
Φ„ks1stl € ts1|ktv1zl
φ¬ t u u u u
Σ¬Πφ¬ xz{1y{ xzt1vw t|y1wt wz1tt z|u1w{
Σ¨ {y{1{s {y{1{s {y{1{s {y{1{s {y{1{s
φ¨ y y y y y
Σ Π¨φ¨ tww q{s tww q{s tww q{s tww q{s tww q{s
Φ„ w qss v1|x t1vy s1vv x qwz
显著性
≥¬ª±¬©¬¦¤±¦¨ 3 3 3 3
u| 林 业 科 学 v|卷
表 9 工艺因子对复合材料板材吸水厚度膨胀率的水平效应值 ≠
Ταβ .9 Τηελεϖελ εφφεχτιϖε ϖαλυεσ οφ προχεσσφαχτορσ ον τηιχκνεσσ εξπανσιον ρατε οφ ωατερ αβσορβινγ
水平
¨√¨¯¶
树种
×µ¨¨¶³¨¦¬¨¶
组元形态
ƒ²µ°¶
塑料种类
Ž¬±§¶²©³¯¤¶·¬¦¶
密度
⁄¨ ±¶¬·¼
补强剂
≥·µ¨±ª·«¨ ±¬±ª¤§§¬·¬√¨
t p x qyz p w qyy p u1yu t1zx p t1yz
u x qyz p y1xx p v1|x t1w{ p ts1xy
v tt1uu y1xy p v1uv tu1uw
≠平均 uw «吸水厚度膨胀率 uy1wt h ∀ ׫¨ ¤√¨ µ¤ª¨ ·«¬¦®±¨ ¶¶ ¬¨³¤±¶¬²±µ¤·¨ ²©uw « º¤·¨µ¤¥¶²µ¥¬±ª¬¶uy1wt h q
表 {显示补强剂对复合材料板吸水厚度膨胀率的影响很显著 ∀树种 !组元形态对复合材料的吸水
厚度膨胀率影响显著 o塑料种类及板材密度的影响不显著 ∀
u1v1t 补强剂对复合材料板材吸水厚度膨胀率的影响 补强剂对复合材料板材吸水厚度膨胀率的影
响很显著k表 {l ∀其中 „号补强剂与 …号补强剂的吸水厚度膨胀率相差 uu1{ h o…号补强剂对于复合
材料板材尺寸稳定性的负影响相当严重k表 |l o其原因可能是 …号补强剂中醋酸基的强吸水性 ∀
u1v1u 树种对板材吸水厚度膨胀率的影响 树种对复合材料板材吸水厚度膨胀的影响具有显著性k表
{l ∀杨木原料的复合材料板材吸水厚度膨胀率低于马尾松 o二者相差 tt1vw h k表 |l ∀一般认为 o马尾
松木材因含有较多松脂而有利于其材料的疏水性能 o但实际测定结果为杨木复合材料耐水性更好 o这可
能由于熔融状态下的塑料更易于在杨木表面流展 o而与塑料材料具有更好的复合性 ∀
u1v1v 木材组元形态 !塑料种类与板材密度对吸水厚度膨胀率的影响 木材组元形态对复合材料板材
吸水厚度膨胀率的影响具有显著性 o塑料种类与板材密度的影响不显著k表 {l ∀细长刨花 !聚丙烯与最
高密度的复合材料板材吸水厚度膨胀率最小 o耐水性最好k表 |l ∀
214 复合工艺因子的初步筛选
通过对复合材料不同性能的显著性检验与水平效应值分析 o初筛出复合工艺因子中的较好水平 ∀
/树种0因子选用的水平为杨木 ∀该因子对静曲强度影响很显著 o选用杨木可使复合材料的静曲强
度大幅度提高 o同时杨木塑料复合材料板材内结合强度与吸水厚度膨胀率水平效应值都优于马尾松原
料的木塑复合材料 ∀
在/木材组元形态0因子中选用水平为细长刨花 ∀该因子对复合材料板材的静曲强度 !内结合强度
与吸水厚度膨胀率都有显著影响 ∀水平效应值分析结果表明细长刨花形态的木塑复合材料板材内结合
性能与吸水厚度膨胀率都优于其他两种组元形态 ~但在静曲强度方面/细长刨花0的水平效应值低于其
它 u种组元形态 o细长刨花将使复合材料板材的静曲强度有所降低 ∀
在/塑料种类0因子中选用水平为聚丙烯 ∀显著性检验结果表明该因子对静曲强度和内胶合强度影
响显著 o同时该因子的水平效应值分析也显示聚丙烯复合材料的静曲强度 !内结合强度和吸水厚度膨胀
率均优于其它 u种塑料材料 ∀
在/板材密度0因子中选用水平为最高密度kt ª#¦°pvl ∀根据显著性检验结果 o复合材料板材静曲
强度受密度变化的影响非常显著 o板材密度越高 o其静曲强度 !内结合强度和吸水厚度膨胀率性能越好 ∀
在/补强剂0因子中选用水平为 „号补强剂 ∀显著性检验结果表明 o补强剂对复合材料板材静曲强
度的影响非常显著 o对内结合强度与吸水厚度膨胀率性能的影响很显著 ∀添加补强剂 „的木塑复合材
料性能最优 ∀
215 复合工艺因子的验证与确定
使用补强剂 „虽对复合材料的 v项物理力学性能均有大幅度改善 o但会使复合材料生产成本升高 o
因此在复筛验证试验中不施加补强剂 o而代之以提高塑料比例 o按上述复合工艺因子制备复合材料 o并
将此复合材料各项性能指标与德国室外结构刨花板标准 ⁄Œ‘y{zyv p ∂tss规定值进行比较 ∀结果表明
k表 tsl o不施加补强剂 o代之以提高塑料比例的木塑复合材料板材的 v项物理力学性能均超过了相关
的普通刨花板 o包括室外结构用刨花板k德国室外结构刨花板标准 ⁄Œ‘y{zyv p ∂tssl的性能指标 ∀特别
v| 第 x期 王正等 }木塑复合工艺因子对复合材料性能的影响
是该种复合材料板材优良的耐水性及内结合强度使其应用领域有较大的扩展 ~同时 o由于该种复合材料
中未添加任何补强剂 o如含甲醛的合成粘合剂 o没有毒性游离甲醛释放问题 o是一种对人体健康没有危
害的环境安全型木塑复合材料产品 ∀因此根据复合筛选验证结果 o确定选用杨木 !细长刨花 !高比例聚
丙烯塑料 !木塑复合材料板材密度为 t ª#¦°pv为最佳复合工艺因子 ∀
表 10 杨木木塑复合材料板物理力学性能
Ταβ .10 Τηε πηψσιχαλ ανδ µεχηανιχαλ προπερτιεσ οφ ποπλαρ2πλαστιχσ χοµ ποσιτε
检验项目
× ¶¨·¬·¨°
标准值 ≠
∂¤¯∏¨ ²©¶·¤±§¤µ§
材料测定值 × ¶¨·√¤¯∏¨ ²©·«¨ ¦²°³²¶¬·¨¶
„  …≈
静曲强度 …¨ ±§¬±ª¶·µ¨±ª·«Π°¤ ∴t| wu1{s wz1w{
吸水厚度膨胀率 ׫¬¦®±¨ ¶¶ ¬¨³¤±¶¬²±µ¤·¨ ²© º¤·¨µ¤¥¶²µ¥¬±ªΠh [ tu u1xu u1wt
内结合强度 Œ±·¨µ±¤¯ ¥²±§¶·µ¨±ª·«Π°¤ ∴s1tx t1wx t1yy
≠ 所列指标为德国室外结构刨花板标准 ⁄Œ‘y{zyv p ∂tss规定值 ∀ ׫¨ ¶·¤±§¤µ§√¤¯∏¨ ¬¶·¨¶·¨§¤¦¦²µ§¬±ª·²·«¨ Š¨ µ°¤±¼ ¶·¤±§¤µ§ ⁄Œ‘y{zyv2
∂tss1  „ }us h塑料 o同时加入 x h的酚醛补强剂 ∀ ≤²°³²¶¬·¨¶º¬·«us h ³¯¤¶·¬¦¶¤±§x h ³«¨ ±²¯2©²µ°¤¯§¨«¼§¨ µ¨¶¬± k°ƒl q≈ …}ws h塑料无酚醛
补强剂 ∀ ≤²°³²¶¬·¨ º¬·«ws h ³¯¤¶·¬¦¶¤±§º¬·«²∏·¤§§¬·¬√¨ ¶q
v 结论
树种 !木材组元形态 !塑料种类 !木塑复合比例 !板材密度 !补强剂等复合工艺因子对木塑复合材料
的物理力学性能有不同的影响 ∀在复合材料静曲强度方面 o补强剂 !树种 !板材密度 !达到统计上的非常
显著与很显著 ~木材组元形态 !塑料种类达到统计上的显著性 ∀在复合材料内结合强度方面 o补强剂对
内结合强度的影响达到统计上的很显著 o树种 !木材组元形态对上述性能的影响达到统计上的显著性 ∀
在复合材料耐水尺寸稳定性方面 o树种 !木材组元形态对复合材料板材吸水厚度膨胀的影响达到统计上
的显著性 ~补强剂则对上述两项性能的影响都达到很显著 ∀
提高木塑复合材料板材中的塑料比例 o可以达到与添加酚醛补强剂同样或更好的效果 ∀
杨木原料 !细长刨花形态 !高比例聚丙烯塑料 !t ª#¦°pv的板材密度等为形成木塑复合材料板材的
最佳复合工艺因子 ∀制成的木塑复合材料性能达到或超过相关普通刨花板 o包括室外结构用刨花板的
性能指标 ∀
参 考 文 献
顾惕人 o朱 瑶 o李外朗等 q表面化学 q北京 }科学出版社 ot|||
黄德余 q塑料性能评定 q北京 }中国标准出版社 ot||s otu
…¨ µ±¤µ§• o²¨¯ ⁄q • ²²§2³²¯¼³µ²³¼¯ ±¨¨ ¦²°³²¶¬·¨¶}¤ °∏¯·¬2¯ ¤°¬±¤·¨§ ³¤±¨ ¯ ¤±§ ¤©¬¥¨µ2µ¨¬±©²µ¦¨§ ³¤µ·¬¦¯ ¥¨²¤µ§ ³¤±¨ ¯qŒ± ·«¨ ƒ²∏µ·« Œ±·¨µ±¤·¬²±¤¯
≤²±©¨µ¨±¦¨ ²± • ²²§©¬¥¨µ2°¯ ¤¶·¬¦¦²°³²¶¬·¨¶kƒŒ≤ • °≤l o·«¨ ƒ²µ¨¶·°µ²§∏¦·≥²¦¬¨·¼o˜≥„ o³µ²¦¨ §¨¬±ª¶‘²qzuzz oŒ≥…‘s p |vxst{ p |x p y ot||z o
t{t p t|t
…²¨ ª¯¬± ‘o ¤¶¶²± ⁄qŒ±·¨µ©¤¦¬¤¯ ° ¦¨«¤±¬¦¤¯ ¥²±§¬±ª¥¼ ≥∞ ²© º²²§¤±§³¯¤¶·¬¦¶¦²°³²¶¬·¨¶q ‹²¯½ ¤¯¶•²«¤±§ • µ¨®¶·²©©ot||y oxw }t ~w{
‹º¤±ªŠ ≥ q ¤±∏©¤¦·∏µ¬±ª²©³¯¤¶·¬¦¶2º²²§¦²°³²¶¬·¨ ¥²¤µ§¶º¬·«º¤¶·¨ ³²¯¼¨ ·«¼¯ ±¨¨ ¤±§º²²§³¤µ·¬¦¯ ¶¨qפ¬º¤±²∏µ±¤¯ ²©ƒ²µ¨¶·≥¦¬¨±¦¨ ot||z otukwl }
wvv p wxs
²«± ≥ q ׫¨ °¨ ¦«¤±¬¦¤¯ ³µ²³¨µ·¬¨¶²© º²²§©¬¥¨µ2³¯¤¶·¬¦¶¦²°³²¶¬·¨¶}·«¨²µ¨·¬¦¤¯ √¶ ¬¨³¨µ¬° ±¨·¤¯ ¬± ·«¨ º²²§©¬¥¨µ2³¯¤¶·¬¦¶¦²°³²¶¬·¨¶k • ƒ°≤l o ƒ²µ¨¶·
°µ²§∏¦·¶≥²¦¬¨·¼ ˜≥„ o°µ²¦¨ §¨¬±ª‘²qzu|v oŒ≥…‘s p |vxst{ p {t p y ot||x }wz p xx
¨¨° • o°¤µ® ‹ q∞©©¨¦·²©¦²°¥¬±¬±ªº²²§³¤µ·¬¦¯ ¶¨¤±§³¯¤¶·¬¦¶k³²¯¼³µ²³¼¯ ±¨¨ l ¶¦µ¨ ±¨¶²±·«¨ ³«¼¶¬¦¤¯ ¤±§ °¨ ¦«¤±¬¦¤¯ ³µ²³¨µ·¬¨¶²©¥²¤µ§¶q ²ª¬¤¨
Š²±ª«¤®²∏µ±¤¯ ²©·«¨ Ž²µ¨¤± • ²²§≥¦¬¨±¦¨ ¤±§× ¦¨«±²¯²ª¼ ot|{{ otyktl }ut p uw
°¨ ¦¬±¤ ‹ o≥·¨³«¤± ° q°µ²§∏¦·¬²±²©º²²§³¤µ·¬¦¯¨°¤·¨µ¬¤¯¶º¬·«¶¨¦²±§¤µ¼ ³²¯¼³µ²³¼¯ ±¨¨ ¤¶¥¬±§¨µq •¬¶¶¨±¶¦«¤©·¯¬¦« ¬¨·¶¦«¬©·§¨µ× ¦¨«±¬¶¦«¨ ± ˜±¬√ µ¨¶¬·¤·
⁄µ¨¶§¨±ot||| ow{kul }vx p vy
°¨ ±ª • × o ‹∏¤±ª ≠ ≥ q • ¶¨¨¤µ¦«¤±§ §¨ √¨ ²¯³°¨ ±·²© º²²§2³¯¤¶·¬¦¶¦²°³²¶¬·¨ °¤·¨µ¬¤¯¶k µl ⁄¼±¤°¬¦√¬¶¦²¨ ¤¯¶·¬¦¬·¬¨¶²©·«µ¨¨·¼³¨¶²© º²²§©¬¥¨µΠ°°
¦²°³²¶¬·¨¶o≥³µ∏¦¨ º²²§o¤±§³¤µ·¬¦¯ ¥¨²¤µ§q…∏¯¯¨·¬± ²©·«¨ פ¬º¤± ƒ²µ¨¶·µ¼ • ¶¨¨¤µ¦«Œ±¶·¬·∏·¨ot||x otsktl }|v p tsv
≠²∏±ª´ ∏¬¶·„ o •²º¨¯¯ •  q ’³³²µ·∏±¬·¬¨¶©²µ¦²°¥¬±¬±ª • ²²§º¬·«‘²±º²²§ ¤·¨µ¬¤¯¶¬±·«¨ °µ²¦¨ §¨¬±ª¶²©uvµ§Œ±·¨µ±¤·¬²±¤¯ ³¤µ·¬¦¯ ¥¨²¤µ§2¦²°³²¶¬·¨
°¤·¨µ¬¤¯¶¶¼°³²¶¬∏° o• ¤¶«¬±ª·²± ≥·¤·¨ ˜±¬√ qt|{| }twt p txz
w| 林 业 科 学 v|卷