全 文 ：第 ww卷 第 x期
u s s {年 x 月
林 业 科 学
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木塑复合材料老化性能研究进展
王伟宏 王清文 宋永明
k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 txsswsl
摘 要 } 对木塑复合材料k • °≤l在耐紫外线老化性能 !耐潮湿及冰冻性能和耐真菌腐蚀性能方面的研究成果进
行介绍 o希望有助于正确评价和使用木塑复合材料 o同时为新产品开发提供借鉴 ∀ • °≤ 在紫外线作用下产生褪色
现象 o力学性能降低 o而且喷水与紫外光的共同作用会加剧破坏程度 ~木粉含量高 !颗粒大的 • °≤更易遭受真菌腐
朽威胁 o目前已研制出硼酸锌等多种专用防腐剂 ~ • °≤ 吸水速度慢 o但绝大部分集中在表层 o吸水与冻融循环都会
降低力学性能 ∀不同方式生产的 • °≤其性能有所差异 ∀目前 o对老化降解的机理问题仅进行了初步解释 ∀
关键词 } 木塑复合材料 ~紫外老化 ~吸水 ~冻 p融循环 ~真菌腐朽
中图分类号 }×≥utv1v 文献标识码 }„ 文章编号 }tsst p zw{{kuss{lsx p stwv p sz
收稿日期 }ussy p tu p tx ∀
基金项目 }国家自然科学基金资助项目/木材及非木材Π塑料复合材料气候老化降解机理的研究0kvsyztywwl ∀
Χοµ πατιβιλιτψ οφ Ωοοδ ΦιβερΠΠλαστιχ Χοµ ποσιτε ωιτη Ενϖιρονµεντ
• ¤±ª • ¬¨«²±ª • ¤±ª ±¬±ªº¨ ± ≥²±ª ≠²±ª°¬±ª
k ΚεψΛαβ q οφ Βιο2Βασεδ ΜατεριαλΣχιενχε ανδ Τεχηνολογψοφ Μινιστρψοφ Εδυχατιον oΝορτηεαστ Φορεστρψ Υνιϖερσιτψ Ηαρβιν txsswsl
Αβστραχτ } ׫¨ ∏¶¨ ²© ¬¯±ª²2¦¨¯¯∏¯²¶·¬¦©¬¥¨µ¶¤¶µ¨¬±©²µ¦¬±ª©¬¯¯ µ¨¶¬±·«¨ ·«¨µ°²³¯¤¶·¬¦¬±§∏¶·µ¼ «¤¶ª¤¬±¨ §°∏¦«¤¦¦¨³·¤±¦¨ ¬±
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木纤维等植物纤维增强热塑性塑料复合材料k简称木塑复合材料 o• °≤l以其资源利用与环境保护方面
的优势在国际上得到迅速发展 o但大量应用还是近 ts年的事 ∀经过实际检验 o• °≤ 产品逐渐暴露出老化问
题 ∀国外已经发现埋入地下和与地面接触的 • °≤ 有被真菌或白蚁生物降解的现象k¤±®²º¶®¬ ετ αλqousss ~
²µµ¬¶ ετ αλqot||{ ~≤«¨·¤±¤¦«¤± ετ αλqousstl o暴露在阳光和空气中的 • °≤ 也发生了结构变化k¤·∏¤±¤ ετ
αλqoussul ∀除力学性能下降外 o• °≤的表观性能也大受影响 o如出现发黄或褪色等现象 ∀
伴随着这些问题的出现 o近几年国外开始重视对 • °≤ 老化性能的研究 o美国新颁布的 u个有关纤维增
强塑料复合材的标准 „≥א ⁄zsvt p sw和 „≥א ⁄ zsvu p sx中对吸湿性 !厚度膨胀率 !耐冻融性 !生物降解
性和抗紫外线老化性等测试的必要性和具体测试方法都做了说明 ∀
材料的老化过程主要有热老化 !气候老化 !生物降解 o其中 o气候因素包括太阳辐射 !氧 !温度 !水 !大气污
染等 ∀耐老化性能的优劣对 • °≤ 今后能否继续保持快速发展和扩大应用范围起着至关重要的作用
k¤·∏¤±¤ ετ αλqoussu ~ •¬±¤±§¼ ετ αλqousswl ∀本文以木材Π塑料复合材为代表 o对其耐紫外老化性能 !耐水及
耐冰冻性能和耐真菌腐蚀性能方面的研究进展进行介绍 o将有助于国内研究领域和工业界正确评价及使用
植物纤维增强的塑料复合材 ~促进开发具有国际先进水平的新型环保产品 ~准确定位 • °≤ 的应用方向 o提
高产品使用安全性能 o减少不必要的经济损失 ∀
t 紫外老化对 • °≤的破坏作用
在到达地面的光波中 o紫外光k˜∂l不足 y h o而它对材料的破坏作用却相当大 ∀目前 o• °≤ 产品大部分
在室外条件下使用 o其耐老化性能 o尤其是耐紫外线性能 o对材料的使用寿命有很大影响 ∀在实验室加速老
化试验中 o通常将 • °≤试件放在人工光源下 o设定照射强度 !照射时间 !喷淋时间和温湿度条件 o经过一定次
数的周期性处理后 o检测试件的各种性能 ∀
111 紫外老化对 ΩΠΧ制品颜色的影响
复合材料的颜色可采用物理测色法进行度量 o根据色度差参数来判定颜色变化 ∀通过对聚氯乙烯
k°∂ ≤lΠ木粉复合材的研究发现 o与实木相比 o°∂ ≤Π木粉复合材的抗紫外线能力要好得多 ∀如图 t所示 o经历
tu个月的室外风化 o°∂ ≤Π木粉复合材的颜色改变k∃ Εl值只有实木的 tΠv o且实木厚度的变化幅度比 °∂≤Π木
粉复合材大 v倍k≤«¨·¤±¤¦«¤± ετ αλqousstl ∀
ƒ¤¯®等kusssl对聚乙烯k°∞l基和聚丙烯k°°l基的复合板材进行紫外老化试验表明 o经过 t xss «的加速
老化后 o几乎所有暴露试件都发生了褪色现象k图 ul o且色度反应是非线性的 ∀与 t sss ∗ t xss «之间的颜
色变化相比 o最初的 wss «内褪色较快 ~°°基复合材比 °∞基更容易褪色 ∀此外 o木粉含量高的材料比木粉
含量低的褪色稍快一些 o这与 ˜∂ 对木粉颗粒的漂白作用有关 ∀
老化后复合材料的颜色变浅 o而且在最初的 t sss «内变化最大 ou sss «后颜色变化深度可以达到
s1v °° o大于聚合物富集的表层厚度 ∀因此可以推测 o老化试验进行 v sss «以后 o注塑或挤出等加工方式对
褪色几乎没有影响k≥·¤µ® ετ αλqoussv ~≤«¨·¤±¤¦«¤± ετ αλqousstl ∀
图 t 经历 tu个月室外老化后 °∂ ≤Π木粉复合材与
天然木材颜色与厚度的变化
ƒ¬ªqt ≤«¤±ª¬±ª²©¦²¯²µ¤±§·«¬¦®±¨ ¶¶²©°∂ ≤Π• ƒ ¤±§
¶²¯¬§º²²§¤©·¨µ¤ª¬±ª©²µtu °²±·«¶
图 u 添加 xs h木粉的聚丙烯试件经 t xss «
加速老化后的颜色变化
ƒ¬ªqu ≤²¯²µ¦«¤±ª¨ ²©°° ¦²°³²¶¬·¨ º¬·«xs h º²²§
©¯²∏µ¤©·¨µ¤¦¦¨¯¨µ¤·¨§¤ª¬±ª©²µt xss «
¤q未老化试件 ≤²±·µ²¯ ¶¤°³¯¨~¥q老化试件 „ª¨§¶¤°³¯¨q
˜∂ 照射和喷水对材料的颜色褪变具有交互作用 o紫外光照射加上喷水给 • °≤ 造成的损害比单独紫外
光照射或浸水要大得多 ∀按照 „≥א 标准规定的方法 o对 xs h木含量的 ‹⁄°∞注塑试件进行测试 o经过 v sss
个周期的紫外光照射加喷水k每个周期包括 tsu °¬±的紫外光照射和 t{ °¬±的紫外光加喷水l处理后 o试件
的颜色浅了 {z h o且厚度减小 ∀而单独的紫外光照射并没有改变试件厚度 o颜色也只浅了约 u{ h ∀研究认
为 o紫外光照射加喷水处理实际上会冲刷掉一层木质素 o使木材降解k≥¦«∏·oussxl ∀
木材的光降解源于纤维素 !半纤维素 !木质素 !抽提物等组分的降解k⁄¨ ±¦¨ ot||ul ∀木质素以多种方式
经历光降解 o遭受破坏后生成水溶性产物并最终形成发色官能团 o如羧基 !醌 !过氧羟基等结构 o成为木材褪
色k主要是发黄l的主要原因k‹ ¬¨·±¨ µot||v ~ ‹²±ousssl ∀最主要的光降解反应是苯氧 p醌 p氧化还原循环反
应k≤¤¶·¨¯ ¤¯± ετ αλqot||v ~«¤±ª ετ αλqot||{ ~„ª¤µº¤¯ ot||| ~¬ετ αλqousssl o在光辐射作用下 o以对苯二酚的
氧化开始反应历程 o生成的对位醌k发色结构l又分解成对苯二酚 o使反应循环进行 ∀
实际生产中可通过添加颜料来延缓退色 o使颜色变化不易察觉 o有的生产商还采用紫外稳定塑料覆层与
• °≤同时挤出的方法 ∀
wwt 林 业 科 学 ww卷
位阻胺光稳定剂k‹„≥l o可作为自由基接受体广泛地用于聚烯烃类物质的保护 o增加了聚烯烃类物质
的室外用量kŠ¬­¶°¤±oussul ∀利用傅里叶变换红外光谱kƒ×Œ• l对结晶度进行分析可知 o‹⁄°∞的断链作用主
要发生在最初的 xss «内 o低缠绕状态的 ‹⁄°∞向材料表面迁移也在一定程度上造成褪色 ∀在开始的 uxs «
内木材填充的 ‹⁄°∞主要形成对位醌 o之后的主要反应是降解成对苯二酚 ∀对苯二酚有光漂白作用 o使老化
的 • °≤颜色变淡 ∀二元酸酯基 ‹„≥吸收自由基的能力在 uxs «以后增强 o有助于防止对位醌降解成对苯
二酚 ∀在长期室外条件下 o二元酸酯基 ‹„≥具有稳定 • °≤的能力 o而且高分子质量二元酸酯比中 !低分子
质量的效果更好 ∀有人认为这是由于低分子质量二元酸酯表面蒸发而造成的k∏¤¶«¨µετ αλqoussyl ∀
112 紫外老化对 ΩΠΧ材料力学性能的影响
室外使用的 • °≤材料经过紫外老化最终将导致力学性能的下降 ∀表面的木质成分越多 o复合材料在老
化初期产生的性能损失占总损失的比例越大 o而表面聚合物增多则可减少性能损失k≥·¤µ® ετ αλqoussv ~
≤«¨·¤±¤¦«¤± ετ αλqousstl ∀尽管不同研究对材料性能下降发生的时间有所差异 o但可以肯定经过 u sss «老
化处理后 o• °≤的力学强度和颜色都发生了显著改变 ∀
注射成型的复合材在每 t sss «老化过程中弹性模量都呈明显下降趋势 o而抗弯强度在 u sss «以后才
发生显著变化 ∀挤出成型的复合材在 u sss «以内弹性模量和抗弯强度都显著下降 o以后基本没有变化 ∀经
历 v sss «处理老化后 ou种加工方式制备的复合材最终的性能下降幅度接近 o如表 t所示k≥·¤µ® ετ αλqoussv ~
≤«¨·¤±¤¦«¤± ετ αλqousstl ∀
表 1 50 %木粉填充 Η∆ΠΕ复合材经加速老化后力学性能的下降幅度
Ταβ . 1 Χηανγινγ οφ µεχηανιχαλ προπερτιεσ οφ Η∆ΠΕ χοµ ποσιτε ωιτη
50 % ωοοδ φλουρ h
加工方法
°µ²¦¨¶¶¬±ª °¨ ·«²§
弹性模量  ’∞ 抗弯强度  ’•
t sss « u sss « v sss « t sss « u sss « v sss «
注射成型
∞­¨¦·¬²± t| vv wv tu t{ vu
挤出成型
∞¬·µ∏¶¬²± ws xv xu uu vx vw
图 v 菌丝在 • °≤材料内部缝隙的生长情况
ƒ¬ªqv ‹¤³«¼ ªµ²º±¬±¶¬§¨ • °≤
添加着色剂不仅能够减小复合
材料的颜色变化 o而且有助于降低
力学性能损失 o尤其是黑色着色剂
的效果特别明显 o在试验时间内力
学性能变化很小 ~但同时也发现 o
着色剂本身对材料的力学性能也有
不利影响kƒ¤¯® ετ αλqousssl ∀力学
性能的下降被归结为表面氧化 !材质结晶度改变 !因吸湿导致界面分离等因素的综合作用 ∀
u • °≤的耐腐蚀性
人们曾一度认为 o如果塑料和木材组分按一定比例混和 o复合材内存在连续的塑料相 o木材颗粒应该可
以被很好地封闭起来 o即使不使用防腐剂 o塑料基质的拒水性和本身固有的高度耐腐朽性也可以提供足够的
抗生物降解力 ~但后来还是发现木塑复合材表面也有真菌生长的迹象 ∀美国科学家 ²µµ¬¶等kt||{l提出了
最有利的证明 o他们在 ∞√¨ µª¤¯§¨¶国家公园里的步道板上发现有真菌生长 ∀对木塑复合材料腐朽现象的各种
观察结论不尽相同 o有的现象明显k图 vl o有的几乎察觉不到 o研究认为这与木粉含量和颗粒形态都有直接
关系k≥¦«¬µ³ ετ αλqoussx ~°¨ ±§¯ ·¨²± ετ αλqoussul ∀
211 影响 ΩΠΧ耐腐朽性的因素
木材组分所占比例和颗粒
大小对 • °≤ 的抗腐朽性有很大
影响 ∀ ∂ µ¨«¨ ¼ 等 kussul研究证
明 oxs h木粉含量的 °°复合材 o
在 t种白腐菌和 t种褐腐菌作用
下 o当木粉颗粒大小从 us 目减
小到 ws 目时 o腐朽引起的质量
损失明显下降 o腐朽危险性减
小 ∀ys目以上的枫木粉和 ws目
以上的松木粉 o随颗粒尺寸的增
大都明显地增加了 °°复合材的
腐朽危险性 o松木粉对颗粒尺寸
xwt 第 x期 王伟宏等 }木塑复合材料老化性能研究进展
的敏感性更大一些 ∀这是由于塑料对小颗粒的包覆效果更好 o保护性增加 o只有表面裸露木材腐朽产生了较
小的质量降低 ∀使用大颗粒木粉的复合材具有较大的厚度膨胀 o造成木材组分与塑料相之间结合的破坏 o给
真菌侵蚀提供了通道 o对腐朽有加速作用 o尤其是不使用偶联剂将进一步增加腐朽危险性 ∀
≥¦«µ¬³等kussxl研究不同含量木粉kws目枫木l填充的 ‹⁄°∞挤出加工复合材的耐腐朽性 o使用的添加剂
有乙撑双硬脂酰胺蜡k ·¨«¼¯ ±¨¨ ¥¬¶¶·¨¤µ¤°¬§¨ º¤¬l !硬脂酸锌 !酚类树脂和甲基Π二异氰酸酯 o占总质量的 y h ∀
tu周以后检测结果显示 o白腐菌 Τραµετεσϖερσιχολορ对木粉含量高的复合材造成 z h的显著质量损失k以木材
组分质量为基准l o而对木粉含量低的复合材只引起 t h的质量损失 ∀一般来说褐腐菌更喜食针叶材 o因此
在他们的研究中没有发现 Γλοεοπηψλλυµ τραβευµ 对复合材的破坏情况 ∀腐朽没有引起抗弯强度和弹性模量的
明显变化 o水分却导致复合材的刚度有所下降 ∀ ¤±®²º¶®¬等kusssl也证明 o在 xsΠxs木Π‹⁄°∞复合材中无腐
朽产生 o但木粉含量更高时可以观察到显著腐朽现象 ∀
木塑复合材制品表面的塑料成分含量相对较高 o对植物纤维起到保护作用 ∀如果在后续加工或安装时
除去这一薄层 o将会增加室外使用条件下的腐朽危险性 ∀挤出加工的铺板产品表面有时被机械加工装饰出
木纹或拉毛 o这种表面摩擦以及端部切割和安装时的砂光也使复合材料有被腐朽的危险 ∀
212 防止生物降解的手段
生产防腐人造板的主要方法是在制造过程中加入防腐化学药剂 o其中 o硼酸盐对昆虫和真菌都非常有
效 ∀与其他硼酸盐k如八硼酸二钠四水化合物l相比 o硼酸锌k…l具有生物功效好 !对哺乳动物毒性低 !抗流
失强等特性 o成为木Π塑复合材研究中的首选防腐剂 ∀使用 …能够对木材组分提供适当保护 o即使在用量很
低kt h l情况下木材也没有明显的质量损失 o说明抗腐朽性强 ∀研究表明 o木材含量的增加会增大 °∞复合
材的吸湿量和真菌繁殖 o添加碳酸铜也可以有效地防止真菌感染 o但对吸水和挠性都有不利影响kŽ«¤√®±¨ ετ
αλqousssl ∀加入生物杀灭剂 o如 t h ∗ t1x h的四氯异苯腈也可以抑止霉菌生长k≥¦«∏·oussxl ∀
目前已开发出综合性能较好的 …²µ²ª¤µ§…防腐剂 o在抗生物降解 !耐热 !抗紫外线破坏 !抗流失 !抗老化
等方面都有较好的表现 ∀将其应用于 xs h ∗ zs h木含量的 ‹⁄°∞铺板复合材料 o质量损失可从 ts h ∗ us h
降到 t1t h ∀此外 o其他一些公司也研制出专门用于 • °≤ 材料的防腐剂 ∀例如 o≤¬¥¤公司提供的 µ¯ª¤ª∏¤µ§ƒ
vsss是一种噻唑基苯并咪唑 o可作为木r聚烯烃和木Π°∂ ≤复合材料的有效杀菌剂 ~新近研制出的 ∞… wv p ux
既是一种广谱杀菌剂 o又能消除或降低由于铁 !单宁酸和湿气相互作用所导致的污染 ~ •²«°i‹¤¤¶公司出售
的 ∂¬±√½¨ ±¨ 生物杀灭剂是以二氯 p辛基异噻唑k§¬¦«¯²µ²²¦·¼¯¬¶²·«¬¤½²¯²±¨ lk⁄≤’Œ×l为基础的 o可用于木r°∂ ≤ 复
合材料 ~该公司开发的新型防腐剂 ≥…uz p ∞∂ o以聚烯烃三聚物为载体 o内含 ts h的 ⁄≤’Œ× os1sw h ∗ s1t h
的用量就可以达到较好的防腐效果 ∀
尽管 • °≤表面有菌类生长的可能 o但与实木相比仍具有很强的防真菌和防霉菌能力 ∀不过 o也应该考
虑到 o真菌侵蚀后留下的微小空隙为雨水渗透和紫外光降解提供了更多的渠道 o长期室外使用条件下对产品
的外观 !颜色 !表面光滑程度以及力学性能可能具有加速性的破坏作用 ∀
v 潮湿与冷冻对 • °≤性能的影响
311 ΩΠΧ的吸水特性
与实木相比 o• °≤的吸水量要小得多且吸水过程缓慢 o在潮湿条件下具有较好的耐真菌性和尺寸稳定
性 o但在分布上较为特殊 ∀通常木质复合材料的总体水分含量不超过 u h o但位于板材端面和表面 t ∗ z °°
厚度的材料含湿量经常超过 ux h o即绝大部分水分集中分布在表层 t ∗ z °°的范围内k≥¦«∏·oussxl ∀如图 w
所示k • ¤±ª ετ αλqousswl o有时超过木材的纤维饱和点 o使材料有被真菌腐蚀的可能 ∀据 • ¤±ª等kusswl研
究 o含有 xs h木纤维的 °∞基复合材试件kvz1x °° ≅ tvz1x °° ≅ xxs °°l在浸泡 t|s §以后 o整块试件的平均
含水率只有 { h o而与水分接触的端面在浸泡 vs §后即达到了 ux h ∀如果按木材组分计算的话 o则木纤维的
含水率为 xs h o完全满足真菌生长的需要 ∀研究还发现 o温度对 • °≤的吸水能力也有加速作用 ∀与 x ε 的
水温相比 o浸泡在 ux ε 水中的试件吸收了更多的水分 o一周后即表现出显著性差异kΑ€ s1sxlk • ¤±ª ετ αλqo
usswl ∀
• °≤的加工方法k注塑成型 !压缩 !挤出l也影响其吸湿性能 ∀ ≤¯ °¨²±¶等kusswl对 xs h木粉填充 ‹⁄°∞
复合材进行研究表明 o挤出成型的吸水最多 o注射成型或压缩成型因质地致密吸水较少 o注塑成型的吸水最
ywt 林 业 科 学 ww卷
图 w 浸泡 |s §后一种 ×µ¨¬ • °≤的含水率
k以木材为基准l
ƒ¬ªqw ²¬¶·∏µ¨ ¦²±·¨±·²©¤ ×µ¨¬ • °≤ ³µ²§∏¦·¤©·¨µ
¶²¤®¬±ª©²µ|s §k¥¤¶¨§²± º²²§¦²°³²±¨ ±·l
少 ∀此外 o注塑或压缩成型的 • °≤ 材料表层聚合物含量
高 !孔隙少k≤¯ °¨²±¶ ετ αλqoussul也是吸水少的原因之一 ∀
复合材的吸湿量还受到木粉含量和颗粒大小的影响 ∀
尽管纤维和塑料基质材料的种类不同 o但随着纤维比例的
增大 o• °≤材料的吸水量都呈增加趋势k•²º¨ ¯¯ ετ αλqousss ~
¤±¬®¤±§¤± ετ αλqoussvl ∀
研究也揭示了 • °≤ 在室外自然使用条件下与标准
„≥א 实验室测试之间吸水性的巨大差异 ∀按照 „≥א ⁄
tsvz规定方法检测 o铺板样品经 uw «浸渍吸湿量仅为 t h o
但如果是暴露在室外风化 ut 个月 o吸水量至少为 tx h
k≥¦«∏·oussxl ∀
312 水分对力学性能的影响
潮湿对 • °≤的力学性能有不利影响 ∀填充 ws h木纤
维的 ‹⁄°∞注塑复合材在水中浸泡 u sss «后 o弹性模量下
降了 v| h k¤³¯ ¶¨·²±ousstl ∀类似地 o填充 vs h木粉的 ‹⁄°∞复合材在沸水中煮 xs «后 o抗弯强度损失了
ux h k≤«¨·¤±¤¦«¤± ετ αλqousssl ∀yx h木粉填充的 ‹⁄°∞复合材在饱水状态下拉伸模量损失率可达到 ws h
k•¤±ª¤µ¤­ ετ αλqousssl ∀xs h松木粉填充 ‹⁄°∞复合材浸泡在室温水中比循环水煮吸收了更多的水分 o但水
煮对材料的破坏性更大k≤¯ °¨²±¶ ετ αλqousswl ∀
当与水分接触时 o• °≤组分中的纤维膨胀 o聚合物基质间产生裂隙 o又使更多的水分渗入复合材 ∀木材
与聚合物界面结合质量的下降导致材料弹性模量和强度的下降k²¶¨³« ετ αλqot||x ~≥·¤µ®ousst ~ •¤±ª¤µ¤­ ετ
αλqousssl ∀
表 2 冻融循环对 ΩΠΧ力学性能的影响
Ταβ . 2 Εφφεχτ οφ φρεεζινγ2τηαω ρεχψχλε τρεατµεντ ον τηε µεχηανιχαλ προπερτιεσ οφ ΩΠΧ
组分
≤²°³²±¨ ±·
试件规格
≥¤°³¯¨¶¬½¨
冻 p融循环次数
ƒµ¨ ½¨2·«¤º ¦¼¦¯¬±ª ’•Π°¤  ’∞Њ°¤
ys h木粉填充 ‹⁄°∞
‹⁄°∞ ¦²°³²¶¬·¨ º¬·«ys h
º²²§©¯²∏µ
ux1w °° ≅ tvz1x °° ≅ xxs °°
s
t
v
ty1|z
ty1vy
tx1|z
u1uyv
u1uyt
u1vst
xs h稻壳粉填充 °∞
°∞ º¬·«xs h «∏¶®©¯²∏µ x °° ≅ ux °° ≅ tss °°
s
t
v
tv1yw
tu1t|
|1sx
t1yt
s1{z
s1zv
313 ΩΠΧ的冻 −融稳定性
• °≤的应用地区非常广泛 o所面临气候条件也有很大差异 ∀以我国北方为例 o盛夏季节经常承受雨水
淋湿和 vs ε 以上的暴晒 o而冬季又需抵挡 p us ε 以下的严寒 ∀在近水地带使用的 • °≤ 材料会更加频繁地
经受湿 !冷 !冻 !热的交替循环 ∀这种反复冷冻 p融化过程对材料性能也是一个严峻的考验 o往往决定着产品
的使用寿命 ∀
研究中考察冻 p融循环影响时 o一般是将试材放在水中浸泡 uw «o然后在 p u| ε 温度下冷冻 uw «o再在
室温下放置 uw «o如此循环多次 o然后测量材料的力学性能 ∀
¨ ±±¨ ·¨ 等kussxl对 °∂ ≤Π木粉复合材进行研究发现 o冻 p融循环处理对密度没有造成影响 o但随木粉含
量的增加厚度膨胀和宽度变化幅度都有所改变 o不过与实木等材料相比 o变化率还是非常小的 ∀冷冻对低
木材含量复合材的抗弯强度影响不大 o但对高木材含量复合材的抗弯性能有显著影响 o这是因为木材组分所
占比例大则塑料的包覆效果差 o吸湿量大k¨¤±¨ ·¨ ετ αλqoussxl ∀研究还发现 o在冻 p融循环处理过程中浸水
对材料力学性能的下降起到显著作用 o其破坏性比单纯的冷冻更大 ∀
由于试材规格的差异 o经浸泡或冻 p融循环处理后 • °≤ 力学强度往往表现出不同的变化规律 o如表 u
所示k • ¤±ª ετ αλqoussx¤~ussx¥l ∀尺寸较大的试材尽管在表面受到水分侵蚀 o但对深层的破坏极其缓慢 o表
现出力学性能的稳定性 ~而尺寸小的试件在测试过程中被全部浸透 !冻透 o整体材料受到侵蚀 !界面结合遭
到破坏 o力学性能呈现下降趋势 ∀由此也说明测试方法规范化的重要性 ∀
塑料对木质纤维
的包覆可以起到良好
的防水作用 o因此努
力提高木材组分与塑
料之间的结合能力能
够隔离水分与木纤维
的接触 o减小水分的
破坏作用 ∀有研究表
zwt 第 x期 王伟宏等 }木塑复合材料老化性能研究进展
明 o冰冻和熔化会导致刚性的显著下降 o而添加 u h的偶合剂就可以避免这种现象k≥¦«∏·oussxl ∀
对于较厚的 • °≤材料来说 o短期内气候条件不会造成显著的破坏作用 ∀不过 o为了减轻重量和降低成
本 o目前的一些 • °≤产品已经不再局限于实心结构 o而是加工成更为复杂的中空截面形状 o实质壁厚减小了
很多 ∀这种情况下 o水分 !冷冻 !紫外线照射等因素就可能对那些厚度较薄的 • °≤ 造成明显影响 o因此有必
要进行更深入的老化研究 ∀
• °≤引入我国的时间不长 o尽管价格较高 o但由于它较好地利用了木质废弃物k包括农作物秸秆等l和
废旧塑料 o具有环保和提高经济效益等多方面的意义 o逐渐受到重视 ∀近几年 o国家相继投入一定资金对它
进行研究和开发 o并对老化性能给予关注 o不过与国外相比研究进程还有一定差距 ∀随着 • °≤ 产品在国内
的快速发展 o相信在不久的将来其耐老化性能也会纳入评价范围 ∀
参 考 文 献
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k责任编辑 石红青l
|wt 第 x期 王伟宏等 }木塑复合材料老化性能研究进展