聚合物复合材料
聚合物复合材料
聚合物复合材料聚合物复合材料是一种由两种或两种以上的材料组成的新型材料，其中至少一种是聚合物。
这种材料具有各种特性，如高强度、轻质、耐腐蚀性能和耐高温性能等。
聚合物复合材料在航空航天、汽车制造、建筑和电子设备等领域得到了广泛的应用。
首先，聚合物复合材料的制备过程包括预制和成型两个阶段。
在预制阶段，需要将聚合物基体与增强材料进行混合，以形成均匀的混合物。
常用的增强材料包括玻璃纤维、碳纤维和芳纶纤维等。
在成型阶段，将预制的混合物进行模压、注塑或挤出成型，最终得到所需的复合材料制品。
其次，聚合物复合材料具有优异的性能。
首先，由于增强材料的加入，使得复合材料具有较高的强度和刚度，可以替代传统的金属材料。
其次，复合材料的密度较低，因此具有良好的轻质化特性，有利于减轻产品重量，提高使用效率。
另外，聚合物复合材料还具有良好的耐腐蚀性能和耐高温性能，适用于恶劣环境下的使用。
最后，聚合物复合材料在各个领域都有着广泛的应用。
在航空航天领域，复合材料被广泛应用于飞机结构件、发动机零部件以及航天器的制造中，以提高产品性能并减轻重量。
在汽车制造领域，复合材料被用于汽车车身、内饰件和发动机零部件的制造中，以提高汽车的安全性和燃油经济性。
在建筑领域，复合材料被用于制造建筑材料、装饰材料和构件，以提高建筑物的结构强度和耐久性。
在电子设备领域，复合材料被用于制造电子外壳、散热片和连接器，以提高电子设备的散热性能和耐用性。
综上所述，聚合物复合材料具有制备过程简单、性能优异、应用广泛等特点，对于推动现代工业的发展具有重要意义。
随着科学技术的不断进步，相信聚合物复合材料将在更多领域展现出其巨大的潜力，并为人类社会的发展做出更大的贡献。
生物质聚合物复合材料
生物质聚合物复合材料生物质聚合物复合材料是一种由生物质聚合物与其他材料混合而成的复合材料。
生物质聚合物是由可再生资源如植物纤维、木材、稻壳等制备而成的高分子化合物，具有良好的可塑性和可加工性。
而复合材料则是由不同种类的材料通过加工工艺相互结合而成，具有优异的综合性能。
生物质聚合物复合材料具有许多优点。
首先，生物质聚合物具有良好的可再生性，可以降低对有限资源的依赖，减少环境污染。
其次，生物质聚合物具有较低的密度和良好的机械性能，可以在一定程度上降低材料的重量，提高材料的强度和刚度。
此外，生物质聚合物还具有良好的耐热性和耐腐蚀性，能够适应复杂的工作环境。
生物质聚合物复合材料在各个领域都有广泛的应用。
在建筑领域，生物质聚合物复合材料可以用于制作地板、墙板等建筑材料，具有良好的防水性能和耐久性。
在汽车工业中，生物质聚合物复合材料可以用于制作车身零部件，如车门、车顶等，可以减轻车辆重量，提高燃油效率。
在包装领域，生物质聚合物复合材料可以用于制作环保包装袋、食品包装盒等，具有良好的可降解性，对环境友好。
生物质聚合物复合材料的制备方法多种多样。
通常，可以通过热压、注塑、挤出等工艺将生物质聚合物与其他材料进行混合，并通过加热或化学交联等方法使其相互结合。
同时，可以通过添加填料、增塑剂、增强剂等来改善材料性能。
例如，添加碳纤维可以提高材料的强度和刚度，添加纳米颗粒可以改善材料的导电性能。
生物质聚合物复合材料的研究和应用仍处于起步阶段，面临一些挑战。
首先，生物质聚合物的来源和制备方法还需要进一步优化，以提高材料的性能和降低成本。
其次，生物质聚合物复合材料的性能与组分、结构和制备工艺密切相关，需要深入研究。
此外，生物质聚合物复合材料的可持续性和环境友好性也需要进一步评估和改进。
生物质聚合物复合材料具有广阔的应用前景和巨大的发展潜力。
随着可持续发展理念的深入推进，人们对环境友好材料的需求日益增加，生物质聚合物复合材料将成为未来材料领域的重要研究方向。
复合材料中聚合物的定义和特性
复合材料中聚合物的定义和特性复合材料是指由两个或多个不同材料组合而成的材料，其中一个材料作为基质，将其他材料嵌入其中以形成有机整体。
聚合物是复合材料中常见的基质材料之一，具有许多独特的定义和特性。
一、聚合物的定义聚合物是由许多重复单元（也称为聚合单体）通过化学键连接而成的大分子化合物。
这些聚合单体可以是有机化合物，也可以是无机物。
聚合物的重复单元可以是相同的，也可以是不同的，这取决于所用的单体。
聚合物的形成是通过聚合反应实现的。
在聚合反应中，聚合单体中的双键或三键被打破，并与其他单体连接，形成长链或支链结构。
这种连接可以是共价键形成的，也可以是离子键或氢键等其他类型的键。
二、聚合物的特性1. 高分子量：聚合物通常具有高分子量，由于聚合单体的重复连接，使得聚合物能够形成长链结构，从而产生高分子量。
2. 强度和刚性：聚合物可以根据需要调整其力学性能。
某些聚合物具有较高的强度和刚性，使其适用于需要承受较大力的应用领域。
3. 轻质：与金属相比，聚合物通常具有更低的密度，使其成为一种轻质材料。
这样的特性使聚合物成为一种在航空航天、汽车和运动器材等领域中广泛使用的材料。
4. 耐腐蚀性：许多聚合物对酸、碱、溶剂等具有较好的耐腐蚀性，使其能够在恶劣条件下使用。
5. 良好的绝缘性能：聚合物通常具有良好的电绝缘性能，使其成为电气和电子领域中的常用材料。
6. 良好的可塑性：聚合物可以通过加热和加压等方法易于加工成不同形状，使其具有良好的可塑性和可成型性。
7. 丰富的性能调节能力：通过聚合单体的选择和聚合条件的调节，可以调节聚合物的性能，以满足不同应用的需求。
三、观点和理解1. 聚合物作为复合材料的基质具有重要作用。
其独特的特性使得复合材料具有高强度、轻质、耐腐蚀等优良性能，因此聚合物在航空航天、汽车、建筑等领域得到广泛应用。
2. 聚合物的性能可以通过聚合单体的选择和聚合条件的调节进行调控，具有很强的可塑性和适应性。
这为人们设计和制造具有特定性能需求的复合材料提供了广阔的空间。
聚合物基复合材料的种类
聚合物基复合材料的种类
聚合物基复合材料的种类有很多，常见的种类包括以下几种：
1. 碳纤维增强复合材料：碳纤维增强复合材料是以碳纤维为增强剂，与树脂等聚合物基体相结合制成的材料。
具有高强度、高模量、低密度等优点，广泛应用于航空航天、汽车、体育器材等领域。
2. 玻纤增强复合材料：玻璃纤维增强复合材料是以玻璃纤维为增强剂，与聚合物基体相结合制成的材料。
具有良好的绝缘性能、耐腐蚀性能和机械性能，广泛应用于建筑、电子、船舶等领域。
3. 高分子发泡材料：高分子发泡材料是一种以聚合物为基体，通过在其中注入发泡剂生成气泡而形成的轻质材料。
具有低密度、吸震性能好等特点，广泛应用于包装、建筑隔音等领域。
4. 聚合物纳米复合材料：聚合物纳米复合材料是以纳米颗粒作为填充剂，与聚合物基体相结合制成的材料。
具有优异的力学性能、导电性能、热稳定性等特点，广泛应用于电子、光学、医疗等领域。
5. 高分子合金材料：高分子合金材料是将两种或多种不同的聚合物混合共混，形成互相不溶的两相或多相结构的材料。
具有综合性能优良、可调控性好等特点，广泛应用于汽车、电子、家电等领域。
以上所列的聚合物基复合材料种类只是其中的一部分，随着科技的不断发展，新的聚合物基复合材料种类也在不断涌现。
聚合物复合材料
一、名词解释：1.复合材料：两个或两个以上的独立的物理相所组成的固体产物。
2.基体相：一种连续相材料，它把改善性能的增强材料固结成一体，并起传递应力的作用。
3.增强相：一般为分散相，主要起承受应力和显示功能的作用。
4.不饱和聚酯树脂：热固性树脂，是由不饱和二元羧酸、饱和二元羧酸或酸酐与多元醇缩聚而成的线性高分子化合物。
5.引发剂：能使单体分子或含双键的线性高分子活化而成为游离基并进行连锁聚合反应的物质。
6.临界温度：有机过氧化物具有引发活性的最低温度。
7.半衰期：在给定的温度下，有机过氧化物分解一半所需要的时间。
8.环氧树脂：分子中含有两个或两个以上环氧基团的线性有机高分子化合物。
9.环氧值：每100g树脂中所含环氧基的克当量数。
10.陶瓷材料：以粘土为主要原料，经粉碎、加工、成型后，在高温窑炉中烧成的制品。
11.残炭率：也称焦化值，是指浸渍经碳化后所得残渣占浸渍剂质量的百分数。
12.碳质中间相：沥青类有机化合物向固体半焦过度是的中间液晶状态，当沥青加热至350C以上时，经过热解，气体及轻馏分逸出系统外，残留物经过热脱氢、环化、芳构化和热缩聚等一系列反应，逐步形成相对分子量大、热力学稳定的多核芳烃化合物。
13.树脂碳：酚醛树脂或呋喃树脂经高温热解后炭化而形成的基体碳。
14.自烧结焦：主要是利用中间相沥青在热处理后，通过萃取基体中溶于苯的组分，留下含有β树脂的中间相构成的焦物。
15.晶须：由高纯度单晶生长而成的直径几微米、长度几十微米的单晶纤维材料。
16.粉体增强材料：一般是指具有高强度、高模量、耐热、耐磨、耐高温的用以改善基体材料性能的粉体材料。
17.C/C复合材料：碳纤维增强碳基体复合材料的简称，具有相对密度轻，高温下强度、模量高，断裂韧性好，耐磨性优异，耐烧蚀等特点。
18.混杂纤维复合材料：两种或两种以上纤维混杂增强一种基体构成的复合材料。
19.功能复合材料：除具有良好的力学性能外，还同时具备某一其他特殊性能的复合材料。
聚合物复合材料的研究及其应用
聚合物复合材料的研究及其应用聚合物复合材料是一种由聚合物基质中加入一定比例的增强材料所构成的材料，具有轻质、高强度、刚性好、耐腐蚀、耐疲劳等优点。
目前，聚合物复合材料在众多领域得到了广泛的应用，如建筑、航空、汽车、电子、医疗等领域均有涉及。
一、聚合物复合材料的基本概念1. 聚合物基质：聚合物是一种大分子化合物，是由许多单体分子通过化学键链接而成，可形成线性、支链、环状等结构。
聚合物基质是指在初始状态下，未添加任何增强材料的聚合物体系。
2. 增强材料：增强材料是指加入聚合物基质中的一些纤维、颗粒等微小颗粒，能够增加聚合物材料的强度、刚性等性能，并保持材料的轻量化特性。
3. 复合材料：复合材料是由两种或两种以上的材料组成的材料。
聚合物复合材料是指将增强材料与聚合物基质相结合，形成一种具有良好物理性质的新型材料。
二、聚合物复合材料的制备方法1. 手工层叠法制备：手工层叠法是一种将预先制好的增强材料放置于聚合物基质中间，通过人工层叠，制成复合材料的方法。
这种方法操作简单、制备周期短、成本低，但是由于人工操作，复合材料的质量会受到较大影响。
2. 模压法制备：模压法是一种将预先热压过的增强材料和已经加热、熔融的聚合物基质，通过高压模压成型成复合材料的方法。
这种方法制备的复合材料密度均匀、尺寸精确、成本适中，但是需要高压模具，模具成本较高。
3. 悬浸法制备：悬浸法是一种通过注入有机溶剂将聚合物融化，再将增强材料悬浮于溶液中，通过挥发有机溶剂和离子交换形成复合材料的方法。
这种方法能够制备大尺寸的复合件，但需要通过挥发有机溶剂使聚合物凝固，过程较为复杂。
三、聚合物复合材料的应用领域1. 建筑领域：聚合物复合材料能够制备出轻质、高强度、隔热、耐腐蚀的建筑材料，如楼板、墙板、外墙板等。
这些材料能够降低建筑物重量，减少建筑物结构负荷，提高抗震、耐火、防盗等特性。
2. 航空领域：聚合物复合材料能够制备出轻质、高强度、刚性好、耐疲劳的航空材料，如机翼、机身、螺旋桨等。
聚合物复合材料的性能研究与应用
聚合物复合材料的性能研究与应用一、引言聚合物复合材料作为一种新型的材料，以其轻质、高强、高韧性和抗腐蚀等优越性能，得到了广泛的关注和应用。
在工程领域中，聚合物复合材料已经成为了许多重要工业设备和结构的主要材料，其性能研究和应用也引起了学术界和工业界的极大兴趣。
本文重点研究了聚合物复合材料的性能及其应用的研究进展，通过分析现有文献资料和案例实例，深入探讨了该材料的适用领域及未来的发展方向。
二、性能研究1.力学性能聚合物复合材料的力学性能是其成为优异材料的重要原因，因此力学性能是复合材料评估的最主要指标。
力学性能包括强度和刚度等方面的指标。
目前，许多学者通过微观-宏观理论、分子模拟等方法，研究了聚合物复合材料的力学性能。
研究表明，聚合物复合材料的强度和刚度与复合材料制备技术、纤维增强材料、基体树脂等因素有关。
2.导热性能在一些高技术领域的应用，如热管理和电力电子领域，往往需要对材料的导热性能进行极高的要求。
聚合物复合材料作为一种优异的导热材料，其导热性能对其实际应用具有重要的影响。
研究发现，导热性能的提升可以通过调控填充物的形态和分布、增强相的热传导性能、设计具有层次结构的复合材料等方法来实现。
3.耐久性能聚合物复合材料在实际应用过程中的耐久性能也是一个非常重要的指标。
在复合材料的制备和应用过程中，一些因素，如紫外线、湿度等的影响，可能会导致材料的劣化，影响其使用寿命和应用效果。
因此，研究聚合物复合材料的耐久性能，设计出更好的防护策略和工艺技术，是十分必要的。
三、应用研究1.航空航天领域航空航天领域是聚合物复合材料的主要应用领域之一。
目前，大量的复合材料已经被应用于飞机、卫星、导弹等飞行器的结构以及发动机、螺旋桨等部件中，以提高整体性能、减轻重量和提高耐用性。
2.汽车工业领域近年来，汽车行业面临着不断加强的环保和燃效要求，聚合物复合材料得到了广泛的应用。
聚合物复合材料不仅可以用于车身外壳、内饰和细节部件的制造，还可以用于制作发动机、传动系统和车轮等部件。
聚合物基复合材料
PLS
PLS
插层聚合
缩聚
加聚
聚合物 溶液分散
聚合物 熔融分散
聚合物/层状硅酸盐纳米复合物的结构和分类
从材料微观形态的角度，可以分成三种类型：
材料中粘土片层紧密堆积，分散相为大尺寸的颗粒状，粘土片层之间并无聚合物插入。
聚合物基体的分子链插层进入层状硅酸盐层间，层间距扩大，介于1-4nm，粘土颗粒在聚合物基体中保持“近程有序，远程无序”的层状堆积结构。可作为各向异性的功能材料
对相同尺寸和形状的梁进行振动试验的结果表明,对同一振动,轻合金梁需要9秒钟才能停止,而碳纤维复合材料梁只需2～3秒。
过载安全性
聚合物基复合材料的特性
在纤维复合材料中，由于有大量独立的纤维，在每平方厘米面积上的纤维数少至几千根，多达数万根。当过载时复合材料中即使有少量纤维断裂时，载荷就会迅速重新分配到未被破坏的纤维上，不至于造成构件在瞬间完全丧失承载能力而断裂，仍能安全使用一段时间。
．酚醛玻璃钢 耐热性最好, <350℃长期使用，短期可达1000℃；电学性能好，耐烧蚀材料，耐电弧。性脆，尺寸不稳定，收缩率大，对皮肤有刺激作用。
玻璃钢采光板
玻璃钢汽车保险杠
玻璃钢型材
透光型玻璃钢
体育馆采光
赛艇、帆船壳体
2、GF增强热塑性塑料 (FR-TP) 特点：
车用立体声音响喇叭
纳米材料是指含有纳米结构的材料。尺度为1nm-100nm范围内的物质即为纳米物质。
Why nano? Why nanocomposite?
01
从界面角度:
是两相在纳米尺寸范围内复合而成,界面间具有很强的相互作用，产生理想的粘接性能.
从增强体角度:强度大，模量高
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课程名称: 聚合物复合材料论文题目：改性木粉/PVC复合材料的研究进展任课老师：符新教授学院：材料与化工学院专业：材料学班级：材料学学生XX：周宇学生证号：008改性木粉/PVC复合材料的研究进展1 木/塑复合材料的发展和背景木/塑复合材料是利用木粉和废旧热塑性塑料或树脂为主要原料,经高温混炼、再经成型加工而制得的一种廉价的新型复合材料。
它是当代工业基础材料废物利用的最佳科研成果在工业生产中的应用,有“合成木材”之名,在建筑、交通、轻工等部门具有广阔的应用前景[1]。
这种木/塑复合材料不仅可以替代货物木质包装材料和铺垫材料,还能用于门、窗框、建筑模板、地板、汽车配件的生产[2]。
20世纪80年代,这种新型复合材料在国外已有研究成果和实际应用[3]。
日本阿特隆公司于1980年发表了相关专利并向世界推广[4]。
这也是近年来国外发展较快且经济效益显著的实用型技术。
木/塑复合材料之所以发展得这么快,是由于人们环境观念的加强。
美国建筑工业寻找木材的替代材料,要求不腐蚀、不翘曲、维修方便、外观与木材相似。
而韩国和日本的纸、木材加工厂对锯木粉、废木屑等的应用都推动和加速了木/塑复合材料的研究和应用开发[5]。
我国是一个木材资源不丰富的国家,储量小,产量满足不了市场的需要。
另外,自1998年2月开始,美国、加拿大和欧盟国家相继对我国出口货物的木质包装材料实施新的检疫标准,要求采取熏蒸或高温消毒处理,否则将拒绝入境,这也促进和推动了我XX用木塑型材做包装用托盘为代表的制品发展。
现在国外已对木/塑复合材料有了较深入的研究, 开发出PE木塑、PS木塑、PP木塑、PVC木塑等多种复合材料及制品[6]。
而国内开展研究起步较晚,在这方面的研究只是近几年的事情。
目前国内主要是对PE、PP基木塑复合材料的研究[7],产品开发主要是PE基木塑复合材料制品,而对PVC基木塑复合材料深入研究的报道较少,相应的产品开发也少有报道。
PVC是目前世界上最重要的两种塑料材料之一,每年庞大的PVC消费量相应地产生了大量的废旧塑料,可是这些废旧塑料的回收率还很低,使得大量的废旧塑料制品成为垃圾,给环境造成很大污染[8]。
因此,研究和开发木/塑复合材料的生产和应用,不仅将为国民经济建设增添一种价廉而有广泛应用前景的新材料,而且能为治理废旧塑料制品的危害和提高木材的综合利用率开辟一条新途径;反过来,大量的木屑和废旧塑料又为生产木/塑复合材料提供充足的原料来源,其重要意义是不言而喻的。
2 木/塑复合材料性能木纤维和植物纤维最初是以低成本来提高塑料刚性的改性填充材料。
木塑材料可充分利用资源,而且可回收利用,而材料能否回收利用已成为工业界选材的重要考虑因素,因而前景看好。
其主要特点可归纳如下: 1)耐用、寿命长,有类似木质外观,比塑料硬度高; 2)具有优良的物性,比木材尺寸稳定性好,不会产生裂缝、翘曲、无木材节痕、斜纹,加入着色剂、覆层或复合表层可制成色彩绚丽的各种制品; 3)具有热塑性塑料的加工性,容易成型,用一般塑料加工设备或稍加改造后便可进行成型加工,加工设备新投入资金少,便于推广应用; 4)有类似木材的二次加工性,可涂漆,产品规格形状可根据用户要求调整,灵活性大; 5)不怕虫咬、耐老化、耐腐蚀、吸水性小,不会吸湿变形; 6)能重复使用和回收再利用,环境友好; 7)维修费用低。
缺点是韧性低于塑料母体树脂,加工设备、下游装置、模具均需作相应调整和改造。
3 木/塑复合材料的生产流程生产流程如图1所示。
图1 生产流程图4 木粉的改性研制PVC基木塑复合材料的重点是提高PVC基木塑复合材料的界面粘接性,解决植物纤维与PVC树脂的界面粘合作用,这是提高木/塑复合材料性能的关键技术问题,也是目前PVC基木塑复合材料研究的热点问题[9]。
4.1 木质材料的性质木质材料是由纤维素、半纤维素、木素以及各种抽提物组成的天然高分子复合材料,它不但具有生物学特征,也具有化学和物理特征。
由于组成木质材料的纤维素、半纤维素、木质素以及各种抽出物在木材中并非按规律分布,因此它是一种不均匀的各向异性材料。
此外,由于树种木材切面的不同,使木质材料表面裸露的分子形态、比例及化学组成各不相同。
这些差异对木质材料表面的形状、表面物理和化学性质均有影响[10]。
另外,组成木质材料的纤维素、半纤维素和木素等主要成分中含有大量的极性羟基和酚羟基官能团,使其表面表现出很强的化学极性。
因此,在木质纤维-塑料体系木塑复合材料的研制过程中,需要解决的最大问题是如何使亲水的极性木粉表面与疏水的某些塑料基材界面之间具有良好的相容性[11],从而使木质材料的表面层与塑料的表面层之间达到分子间的融合或产生化学交联,把这两种不同性质的材料适当地复合在一起,生产比单一材料性能更加优良的新材料。
4.2 木粉改性的方法在木/塑复合材料的研制过程中,木粉表面所具有的极性和由此产生的分子间氢键,阻碍了亲水的木粉填料和热塑性材料之间的分散性和表面粘合性,从而影响了木/塑复合材料的复合性能[12]。
因此要对木粉进行改性,消除或降低其表面极性化程度,提高木塑复合材料的复合性能。
目前,对木粉进行改性的方法有物理和化学改性的方法[13]。
物理方法主要有: 1)拉伸、压延、热处理、混纺等,用以改变纤维的结构和表面性质,有利于复合过程中纤维的机械交联作用; 2)放电技术,包括电晕、低温等离子体、辐射等方法。
电晕处理技术可以大量激活纤维表面的醛基,改变纤维素纤维的表面能量;低温等离子体处理技术依据所用气体的不同,可以进行系列化的纤维表面处理,使纤维表面产生自由基和官能团;放电方法也是对惰性高分子聚合物如PS、PE、PP等改性的行之有效的方法。
化学改性方法主要有: 1)偶联剂法,如采用硅烷、异氰酸酯、钛酸酯、铝酸酯等偶联剂处理纤维,改善纤维素纤维与树脂的相容性; 2)相容剂法,如用马来酸酐等接枝植物纤维或马来酸酐改性的聚烯烃树脂作相容剂,也可采用与共混两相或多相都能良好相容的共同相容剂等; 3)碱金属溶液处理法[14]。
化学方法在木塑复合材料中通过加入偶联剂来改善木塑两种材料界面的容合效果,提高复合材料的拉伸强度、冲击强度和弹性模量等力学性质。
例如胡圣飞等[15]用3% (经过稀释)钛酸偶联剂与纳米级CaCO3共同改性木粉,取得良好的改性效果。
而加入纳米级CaCO3的目的是为了吸收木粉在高温下放出的酸性物质,从而提高木粉的耐热性,同时纳米级CaCO3吸附于木粉的表面,有利于改善挤出材料的表面光洁度,而偶联剂则改善木纤维与PVC树脂间的相容性。
苑会林等[16]用铝酸酯偶联剂来改善木粉也取得很好的改性效果。
这是因为用铝酸酯处理木粉后具有双官能团的铝酸酯分子,通过化学键与纤维填料的纤维素分子相连使木粉表面的亲水性OH-基数减少,其有机官能团与聚合物连接。
通过这两方面的反应,在相界面上形成由共价键连接的连续体强化了PVC与木粉表面之间的界面键合,提高了木粉与PVC的相容性及分散性。
另一种化学方法中改善复合材料两相界面粘合性能的方法是对木粉表面进行改性处理,使两种材料表面的极性和溶解度相近,在复合过程中使两界面间实现分子间的融合,从而改善两界面间粘合性能。
在木粉表面主要通过对极性官能团进行酯化、醚化和接枝共聚等改性处理,使其生成疏水的非极性化学官能团并具有热流动性,使木粉表面与塑料表面的溶解度相似,以降低塑料基材与木质材料表面间的相斥性,达到提高界面粘合性的目的。
最常用的木材酯化方式是木粉的乙酰化处理。
木粉表面的羟基经乙酸酐或烯酮处理后,木粉上的极性羟基基团被非极性的乙酰基取代而生成酯。
在工业上通常使用乙酸酐、冰乙酸、硫酸的混合液进行乙酰化处理[17]。
木粉的醚化可以以甲基醚和羟乙基醚的方式进行。
木粉表面甲基醚的生成一般用甲基氯与经过碱处理的木粉反应。
羟乙基醚是通过木粉在碱存在条件下与环氧乙烷或2-氯乙醇反应制得。
对木粉表面进行接枝处理的研究方法是将经过碱预处理的木粉用丙烯溴在50~70℃条件下处理0·5~3h,使木粉表面丙烯基化。
用这种方法进行的木粉表面接枝反应,经红外光谱测定表明,木粉表面的羟基官能团被丙烯基官能团以醚键方式取代,这种醚化反应不但在木粉中的纤维素上进行,而且也在木素上进行,这为在木粉表面生成单一、均匀的非极性表面层提供了条件。
木粉经丙烯基化接枝处理后,表面即具有粘合性和热流动性,表面与表面之间又可直接热压成型[18]。
4.3 改性木粉的测试手段为了对组成木质材料的各化学组分在非极性化处理时的行为和与热塑性材料在复合时的性能进行研究,可采用化学分析电子能谱(ESCA)、电子自旋共振波谱仪(ESR)、扫描电镜(SEM)、高压液相色谱仪(HPLC)和红外吸收光谱(IR)等现代测试手段,以探明在使用不同处理方法时,木质材料中各化学组分在非极性化处理过程中的作用和结构稳定性,以及非极性化后木质材料的界面特征,从而寻求进行木质材料表面非极性化的最佳途径和方法[19]。
5 木/塑复合材料成型装备木/塑复合材料的成型方法主要有模压成型、挤出成型、注射成型等方法。
其中挤出成型产量大、生产连续、效率高,适合各种异型材、板材的生产。
因此,以下所介绍的都是以挤出成型为主的成型装备。
由于木粉中主要成分是纤维素,纤维素中含有大量的羟基,这些羟基形成分子间氢键,使木粉具有强极性和吸水性;而热塑性塑料多数是非极性的,具有憎水性,所以两者之间的相容性极差,界面的粘结力很小。
而且由于木粉的填充量很大,这就使物料的流动性和加工性变差,混炼和挤出成型难度加大。
这使得木/塑复合材料的挤出成型机理与普通塑料的挤出有着很大的区别[20]。
目前可用于木塑复合材料挤出成型的设备有单螺杆挤出机、锥形双螺杆挤出机、同向和异向旋转平行双螺杆挤出机等型号。
5.1 单螺杆挤出机单螺杆挤出机结构简单,挤出压力高,可以承受大扭矩,投资少,维护费用低。
在制备木塑复合材料过程中,通过加大单螺杆挤出机螺杆长径比、压缩比,并增设强混多单元,有利于木粉的输送与混合,从而实现正常的挤出。
另外,延长机头平直段长度,增加机头压缩比可以得到致密的木/塑复合材料。
5.2 同向平行双螺杆挤出机木塑材料加工业称同向平行双螺杆挤出机为高速、高能耗配混型设备。
一般为组合式螺杆,可调节螺杆长径比和构型(捏合块角度及其块数、不同捏合块组合方法),灵活设置脱气口,可以直接加工木粉或植物纤维,完成木粉干燥后与熔融的树脂混合再连续挤出,即木粉干燥和树脂熔融分开进行,因此往往是由双阶挤出机组成[21]。
目前生产这种塑木加工用同向双螺杆挤出机的公司有美国Strandex公司、意大利ICMA公司、美国Davis-Standard以及Krupp W&P等著名塑料机械厂。