一种外观似木的PP 基木塑复合材料的生产技术研究.doc

1一种外观似木的 PP 基木塑复合材料的生产技术研究吕群 1，李伟 1，周云 2，王华彤 2(1.杭州师范大学材化学院，杭州，310018；2.浙江新远见实业有限公司，德清，313200)摘要：通过提高木粉含量和表面打磨相结合的方法，制备了一种外观与天然木材相似的PP 木塑复合材料研究了偶联剂、温度和老化箱中老化时间对该 PP 木塑复合材料强度的影响，结果表明：本文工艺条件下，马来酸酐接枝 PP 比其它偶联剂对提高 PP 木塑复合材料的强度更有效；随着温度降低，增韧 PP 木塑复合材料的拉伸强度和弯曲强度升高，而冲击强度降低，但降低很少；由于稳定剂和木粉屏蔽的双重作用，PP 木塑复合材料的抗老化性能较好关键词：聚丙烯，木粉，木塑复合材料，生产技术Study on manufacture technology of the wood-polypropylene composite looked like coarse grained wood / Lu Qun et al // Material technology, chemistry and chemical engineering college, Hangzhou normal university.Abstract: A wood-polypropylene composite looked like coarse grained wood was manufactured via increasing wood powder content of it and burnishing its surface. Effects of coupling agent, temperature and ageing time in aging oven on mechanical properties of the wood-polypropylene composite were investigated. The results showed that MAH-g-PP is more effective for improving the mechanical strengths than other coupling agents under the conditions in this work. As temperature falls, the tensile strength and flexural strength of the wood-polypropylene composite increase, the impact strength decreases but a little. The wood-polypropylene composite has good ageing resistance due to the double-action of stabilizer and screening effect of wood powder. Key words: polypropylene, wood powder, wood-polymer composite, manufacture technology木塑复合材料是以农林废弃物（如木粉、竹粉、糠粉等）和废旧塑料（如 PP、PE 等）为主要原料，并添加少量添加剂，用挤出成型法或其它成型法制成的类似于木材特性的型材或异型材，主要用作木材的替代品 [1-10]。

木塑复合材料具有一系列优点，产品象木材一样可锯、可刨、可钉、不易吸水变形、不虫蛀、耐腐蚀、可象热塑性塑料那样 100％地回收利用、生产过程无污染等等，是一种优良的绿色环保材料 [1,2]2木塑复合材料的主要原料是废旧塑料和农林废弃物，生产木塑复合材料有利于治理“白色污染”和减少森林砍伐，从而对资源循环利用、保护环境具有重要的意义因此，近年来，木塑复合材料的开发与产业化得到了全世界的广泛重视 [1,2]PP 是产量最大的三种通用塑料之一， PP 木塑的制备及其产业化研究显然具有重要意义但是，我国目前的木塑产品主要是 PE 和 PVC 木塑，PP 木塑的研究大多为理论和实验室规模的研究，PP 木塑（特别是高份额木粉填充的 PP 木塑）的产业化研究很少本文则主要是对 PP 木塑进行生产规模的研究，其目标是研制一种外观与天然木材相似的 PP 木塑复合材料产品，由于这种木塑复合材料的外观木质感强，仿天然木材效果好，加上具有不易吸水变形、不虫蛀、耐腐蚀等优良特性，因而特别适合于用作室外园林景观装饰用的木塑复合材料或用于其它场合替代天然木材1 实验部分1.1 主要原料木粉，竹粉，浙江省临安明珠竹木粉有限公司；废旧 PP，浙江省当地采购；马来酸酐接枝 PP，浙江省宁波能之光新材料科技有限公司；钛酸酯偶联剂，南京曙光化工集团有限公司。

1.2 主要仪器设备QG100 气流旋流木粉干燥机，常州市长江干燥设备有限公司；SRL-Z 500/1000 高速混合机组，江苏联冠科技有限公司；SJZ-65 锥型双螺杆挤出机，上海金纬机械制造有限公司；仿木纹处理机，合作研制；万能材料试验机，简支梁冲击仪，承德大华试验机有限公司1.3 生产制备1）制备预混料：木粉（或竹粉）经气流旋流干燥机进行干燥，热空气进口温度为210℃；然后将干燥的木粉与碳酸钙、滑石粉、颜料等加入高速混合机，用偶联剂进行表面处理，再加入回收塑料 PP、偶联剂、稳定剂、润滑剂等，在 100～110℃混合均匀，得到预混料2）制备粉碎料：将预混料加入专用同向平行双螺杆挤出机中进行塑炼并挤出，典型的料筒各段温度设置为 170/180/190/195/195/195/195/185℃（根据废旧塑料的情况不同有一定的调整） ；挤出物经冷却、粉碎，得到粉碎料3）制备木塑型材或异型材：将粉碎料加入锥形双螺杆挤出机中挤出成型，典型的料筒各段温度设置为 160/165/170/175℃（根据废旧塑料的情况不同有一定的调整） 挤出物经口模定型、冷却、定长切割，得到一种表面光滑的木塑复合材料。

34）仿木纹处理：用仿木纹处理机对木塑材料表面进行粗糙化打磨处理，制得一种表面具有粗糙木纹感、外观与天然木材相似的板材或其它形状的异型材1.4 性能测试木塑复合材料产品的弯曲强度，按 GB/T 9341 规定进行；拉伸强度，按 GB/T 1040 规定进行；冲击强度，按 GB/T 1043 规定进行；老化性能，按 GB/T 16422.2 规定进行2 结果与讨论2.1 提高 PP 木塑外观仿木效果的研究本文采用两种方法相结合来提高木塑复合材料的仿木效果：一种方法是提高木粉含量，另一种方法是对木塑复合材料进行“打纹处理”所谓“打纹处理”就是采用机械方法，将挤出机挤出制得的表面光滑的木塑复合材料表面打磨掉一薄层，使其表面具有部分植物纤维粉的短纤维外露，成为粗糙的、具有类似于粗糙木板纹路的表面，从而提高木塑复合材料仿原始真木材的效果研究表明， “打纹处理”必须与提高木粉含量同时采用才能收到较好的仿木效果，如果配方中塑料含量较高，则“打纹处理”后产品仍像塑料而不像木材 [10]因此，提高木粉含量是提高 PP 木塑仿木效果的关键之一表 1 是本文的基本配方之一，该配方的特点是塑料含量较低，木粉含量较高，按该配方生产的 PP 木塑经打纹处理后外观仿木效果良好。

实际生产根据原料情况不同有一定改动 ）表 1：本文 PP 木塑复合材料的基本配方原料名称 重量含量，% 备注回收 PP 20木粉 50-70 或竹粉、糠粉无机填料 0-20复合增韧剂 2 自制偶联剂 3-4 MAH-g-PP 等其它 4 润滑剂、稳定剂、分散剂、着色剂等2.2 偶联剂对木塑复合材料性能的影响按表 1 配方，通过上述工艺制备 PP 木塑复合材料样品，研究了马来酸酐接枝PP(MAH-g-PP)和钛酸酯偶联剂对 PP 基木塑复合材料力学性能的影响，结果见图 1、图 2和图 3由图 1、图 2 和图 3 可见，PP 木塑的拉伸、弯曲和冲击强度都随 MAH-g-PP 加入量的增而增加，至 6%--8%时达最大值，这与文献报道的研究结果基本一致 [3-5]由图 1 和图 2还可见，在本文工艺条件下，钛酸酯偶联剂仅在用量较小时对拉伸和弯曲强度稍有提高，4用量增大后对拉伸和弯曲强度起减弱作用由图 3 可见，钛酸酯偶联剂对冲击强度的提高较明显，但用量增大后不如 MAH-g-PP 效果好048121020 1tensil trgh£¬MPaMAH-gP%(wt)图 1、偶联剂加入量对 PP 木塑拉伸强度的影响1.MAH-g-PP 的影响； 2.钛酸酯的影响048121203405 1flexual strngh£¬MPaMAH-gP%(wt)图 2、偶联剂加入量对 PP 木塑弯曲强度的影响1.MH-g-PP 的影响；2.钛酸酯的影响048126821impact srength, MPaMAH-gP£¬wt%图 3、偶联剂加入量对 PP 木塑冲击强度的影响1.MAH-g-PP 的影响； 2.钛酸酯的影响-40-202403456impact srength, J/2tepratu£¬C图 4、 温度对 PP 木塑冲击强度的影响2.3 PP 木塑耐低温性能的研究在低温下 PP 一般韧性较差，因此，本文在 PP 木塑中加入增韧剂进行增韧处理，并研究了温度（特别是低温范围）对增韧 PP 木塑的冲击强度、拉伸强度和弯曲强度的影响。

先按上述典型配方和工艺制得 PP 木塑复合材料样品，再将样品放入冰箱冷冻 24 小时，依次使样品分别恒温为-40、-30、-20、-10 、0 ℃，取出后立即 (5 秒钟内) 按 GB1043-79 方法测定样品的冲击强度，另外再测定常温样品的冲击强度作对比研究，结果见图 4由图4 可见，随着温度降低，PP 木塑的冲击强度逐渐降低采用以上同样的方法使 PP 木塑样品恒温，然后立即按 GB1042-79 方法测定 PP 木塑在5不同温度下的拉伸强度和弯曲强度，结果见图 5由图 5 可见，随着温度降低，PP 木塑料的拉伸强度和弯曲强度均逐渐升高由以上研究可见，本文方法制得的 PP 木塑复合材料在-40℃的低温下，拉伸强度和弯曲强度变好，冲击强度虽然变差，但是，当温度从 30℃降至-40℃时，增韧 PP 木塑的冲击强度仅降低约 15%这表明，本文方法制得的 PP 木塑产品在-40℃的低温下仍具有较好的力学性能 -40-2024012034506 12034506 12tensiltrgh,MPaflexual strnh, MPatempratu, C图 5. 温度对 PP 木塑拉伸和弯曲强度的影响0510520530120340 .3%tensil trgh, atime, h图 6 拉伸强度与老化时间的关系2.4 PP 木塑耐老化性能的研究一般认为 PP 塑料比 PE 易老化，但 PP 木塑的抗老化性能如何则少有研究报道。

为了研究 PP 木塑的抗老化性能，本文将 UV-531、抗氧剂 1010 和助抗氧剂 DLTP 等量混合，加入 PP 木塑配方中，按上述方法制得含稳定剂总量为 0.3%的 PP 木塑复合材料样品，研究其老化性能，并与不加稳定剂的 PP 木塑样品进行比较将上述不加稳定剂和加入了 0.3%的稳定剂的 PP 木塑样品同时放入紫外线老化箱进行加速老化，设置老化箱的辐射强度为 0.55，辐照时间为 8 小时，冷凝时间为 4 小时，黑板温度为 60℃，冷凝温度为 50℃老化一定时间后，取样测定拉伸、弯曲和冲击强度，同时观察样品老化后的表面状态考虑到木塑复合材料的强度受温度的影响较明显，每次测定前将样品在空调室内 25℃下恒温 24 小时后进行测定，测定结果见图 6、图 7 和图8由图 6 和图 7 可见，老化 1000 小时内，加入稳定剂的样品和。