木塑复合材料是利用木质纤维填料和塑料为主要原料, 经挤出、注塑法或压制成型而制得的复合材料, 又称为木材- 热塑性塑料复合材料(Wood PlasticComposites , WPC) 。该材料既克服了木材强度低和变异性等使用局限性, 又克服了有机材料的低模量等缺点, 具有较高的力学性能、比硬度、比强度、吸音性能等优点, 是一种全新的代替木材的绿色环保材料,在国外已得到广泛应用。目前所研究的木塑复合材料主要是各种热塑性塑料的单一体系 , 对木质纤维的表面处理、木材与塑料之间结合力与极性力之间的大小关系等方面的研究较多, 而对混合复杂体系的研究还没有, 对回收废旧材料制造WPC 的研究也较少。
城市生活垃圾中的塑料组分是难降解有机物, 塑料种类以聚乙烯(主要制品是包装袋, 薄膜制品) 和聚丙烯(主要制品是饮料杯瓶, 塑料容器) 为主。随着塑料使用量的日益增加, 生活垃圾中的塑料组分正在逐年增加。据调查, 城市生活垃圾中塑料组分所占比例一般为10 %～18 % , 部分地区高达20 %。一直以来, 由于没有有效的利用途径, 因而造成能源资源的巨大浪费。 本研究利用生活垃圾塑料组分中的聚乙烯和聚丙烯制成塑料合金颗粒, 以弥补因材料降解产生的力学性能下降问题, 再与木纤维废物混合制备一种三元木塑复合材料, 从木材- 聚苯乙烯复合材料的界面力学特征、复合材料的力学性能和热重分析( TA) 等方面对木塑复合材料的聚合机理进行了探讨。
1 实验部分
111 实验材料
聚乙烯(PE) / 聚丙烯(PP) 塑料合金颗粒: 取自同济新村生活垃圾, 先进行风力分选, 再将分选后的塑料组分进行手工分选复配, 破碎, 在双螺杆挤出机中挤出, 制成不同PE/ PP 比例的颗粒; 木纤维废物: 取自同济大学木器厂, 过20 目筛的松木粉; 废玻璃、废磁砖、废织物、废纸: 均取自经风力分选后的同济新村生活垃圾, 废织物、废纸破碎, 过6 mm筛, 废玻璃和废磁砖经球磨机破碎至80 目; 处理剂:KH570 硅烷偶联剂(γ- 甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷) , 浙江精细化工厂; 马来酸酐(MAH) : 上海化学试剂总厂; 其他: DCP (过氧化二特丁基) 、BHT(2 , 6 - 二叔丁基对甲酚) 、硬酯酸、二盐基亚磷酸铅、三盐基硫酸铅, 均为市售。
112 主要测试设备
高速混合机: GSX22 型, 张家港塑料机械厂; 双螺杆挤出机: 同向啮合型, 德国Leistritz 公司; 015兆牛半自动压力成型机: 型号YXC250 (D) , 上海西玛伟力橡塑机械有限公司; 开放式炼胶(塑) 机: 型号X (S) K2160 ×320 , 无锡市第一橡塑机械设备厂;万能制样机: 型号HY2W, 承德试验机有限公司; 组合式数显电子试验机: DXLL25000 , 上海登杰机器设备有限公司; 热重分析仪: TGA51 型, 美国杜邦公司; 扫描电子显微镜(SEM) : JSM25600LV , 日本J E2OL 电子公司。
113 实验方法
PE/ PP 塑料合金与木纤维一起在80 ℃、1 200 r/min 的转速下共混, 并加入实验助剂。将混合料在140～160 ℃下进行开炼机开炼, 在170～185 ℃, 15～20 MPa 下加模高压3～4 min , 低压4～6 min , 制成塑木合金复合材料。
114 测试方法
热熔性能测定: GB/ T 3682 —1983 (2000) , 热塑性塑料熔体流动速率试验方法; 拉伸性能: GB/ T1040 —1992 , 拉伸速率50 mm/ min ; 冲击强度: GB/ T1843 —1996 ; 弯曲强度: GB/ T 9341 —2000。