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近年来,木塑复合材料受到了越来越多的重视。木塑复合材料具有很多优点,然而极性且亲水性的木粉与非极性且疏水性的热塑性塑料相容性较差,而且高填充量木粉在熔融的热塑性塑料中分散效果差,因此,通过改变加工时的螺杆结构制备木塑复合材料,改善木粉在聚合物中的分散状态,并且研究木塑复合材料加工参数-流变性能-力学性能之间的关系,既具有理论意义,又具有实际生产指导作用。
本文以高密度聚乙烯(HDPE)和木粉为原料,并根据双螺杆元件的组合规律,组合了三种螺杆构型,分别为低分散+低分布混炼螺杆(S1)、低分散+高分布混炼螺杆(S2)和高分散+高分布混炼螺杆(S3)来制备复合材料。主要研究了木粉、相容剂和弹性体的含量以及螺杆结构对复合材料性能的影响。得出以下结论:
1.随着木粉含量的增加,复合材料的储能模量和复数粘度均增加;木粉的加入增加了复合材料的刚性,降低了韧性,使得拉伸和冲击强度降低。其原因是木粉发生团聚引起了应力集中。
2.相容剂增强了聚合物/木粉间的界面粘结力,减少了木粉的团聚,从而降低了复合材料的储能模量和复数粘度。增强的界面粘结力有利于应力传递,增加了复合材料的拉伸和冲击强度。
3.少量弹性体(EPDM)的加入降低了复合材料的储能模量和复数粘度,但随着弹性体含量的增加,弹性体的聚集使得储能模量和复数粘度有所增加。弹性体提高了复合材料的冲击强度,无缺口冲击强度由未加弹性体时的28.9kJ/m<2>增加到EPDM含量为25phr时的43.7KJ/m<2>,增加幅度为51%;缺口冲击强度增加幅度为120%。
4.齿形元件降低了木粉的团聚,使得螺杆S2制得的复合材料的储能模量和复数粘度与S1相比有所降低。当EPDM为0 phr时,螺杆S2与S1相比,复合材料的无缺口冲击强度提高了30%,缺口冲击强度提高了4%。当EPDM为25 phr时,S2制得复合材料的无缺口冲击强度与S1相比提高了40%,缺口冲击强度提高了42%。螺杆S3进一步降低了复合材料的复数黏度和储能模量,提高了冲击强度。当EPDM为0 phr时,螺杆S3与S1相比,复合材料的无缺口冲击强度提高了53%,缺口冲击强度提高了70%;当EPDM为25 phr时,S3制得复合材料的无缺口冲击强度与S1相比提高了44%,缺口冲击强度提高了53%。