摘要：本文分別采用碳酸鈣、滑石粉和矽灰石作為(wei) 無機填料，通過在聚乙烯（PE）塑木複合材料中添加不同種類的無機粉體(ti) 並對其綜合性能進行係統研究，采用掃描電子顯微鏡、比表麵儀(yi) 、電子比重計、邵氏硬度計、萬(wan) 能力學性能實驗機和熱機械分析儀(yi) 表征手段對無機粉體(ti) 的顆粒大小、微觀形貌和比表麵積以及複合材料的彎曲及衝(chong) 擊性能、比重、吸水率、硬度和線性熱膨脹係數進行了測試。研究結果表明：矽灰石製備的PE塑木複合材的彎曲性能最佳，滑石粉製備的PE塑木複合材料抗衝(chong) 擊性能較好；對於(yu) 三種無機粉體(ti) 而言，隨著無機粉體(ti) 添加量逐漸增加至15份，PE塑木複合材的力學性能逐漸提升，當無機粉體(ti) 添加量增加至20份時，PE塑木複合材的力學性能出現下降，比重和硬度逐漸增大，24h吸水率和線性熱膨脹係數逐漸降低。
0 前言
塑木複合材料主要是以熱塑性塑料、植物纖維、填料和加工助劑等神秘彩金随机派发最高赠送按照一定的比例複合而成的一種新型功能材料。這種複合材料集木材和塑料的優(you) 點於(yu) 一身，其具有耐水、耐腐、耐蟲蛀、強度高、神秘彩金随机派发最高赠送來源廣泛和可切割刨鋸等優(you) 點[1-3]，是一種極具發展前途的綠色環保複合材料，被廣泛地應用於(yu) 家具、園林、裝飾和建材用品等行業(ye) [4-6]。
雖然塑木複合材料優(you) 點眾(zhong) 多，但由於(yu) 生產(chan) 技術和加工設備等因素的製約，導致塑木複合材料的生產(chan) 成本偏高，很大程度的限製了塑木複合材料的長遠發展和廣泛應用，而在塑木複合材料中添加無機粉體(ti) 不僅(jin) 能極大的降低生產(chan) 成本，而且還可以提高塑木產(chan) 品的拉伸強度、彎曲性能、衝(chong) 擊性能、抗蠕變性、耐熱性能及改善產(chan) 品的加工流動性等[7,8]。本文分別采用碳酸鈣、矽灰石和滑石粉三種不同無機粉體(ti) 對聚乙烯（PE）塑木複合材料進行填充改性，考察了不同無機粉體(ti) 對製備的塑木複合材料的力學性能、比重和吸水率的影響，為(wei) 塑木複合材料製品的設計、生產(chan) 和應用提供重要參考。
1 實驗部分
1.1 主要原料
高密度聚乙烯（HDPE，5000S）：中國石化蘭(lan) 州有限公司；木塑木粉（80目）：山東(dong) 臨(lin) 沂瑞達木粉有限公司；聚乙烯（PE）回收料：揭陽市藍城區磐東(dong) 林旭塑料廠；碳酸鈣（CC-800、CC-1250）：江西廣源化工有限責任公司；滑石粉（HS-218、HS-358）：江西廣源化工有限責任公司；矽灰石，（GY-219、GY-319）：江西廣源化工有限責任公司；硬脂酸（SA1801）：南昌明瑞化工有限公司；抗氧劑（GY-1010）：北京極易化工有限公司；大紅色粉（TC-SF01）：東(dong) 莞市泰昌樹脂材料有限公司；矽烷偶聯劑（KH550）：南京和潤偶聯劑有限公司。
注：D50，表征細度的指標，表示累計粒度分布百分數達到50%時所對應的粒徑。
D97，表征細度的指標，表示累計粒度分布百分數達到97%時所對應的粒徑。
1.2 儀(yi) 器設備
單螺杆擠出機，JWELL型，上海金緯擠出機械製造有限公司；雙螺杆擠出機，JWELL型，上海金緯擠出機械製造有限公司；高速混合機：DYHL型，蘇州大雲(yun) 塑料回收輔助設備有限公司；激光粒度儀(yi) ：3000E型，英國馬爾文公司；萬(wan) 能力學性能實驗機：CMT-6104型，美斯特工業(ye) 係統（中國）有限公司；電子比重計：DH-300型，北京伊若特電子儀(yi) 器公司；邵氏硬度計：TH210-D型，上海倫(lun) 捷機電儀(yi) 表有限公司；熱機械分析儀(yi) （TMA）：Q400型，美國TA公司；全自動比表麵積分析儀(yi) ：NOVA 2000E型，美國康塔儀(yi) 器公司；場發射掃描電子顯微鏡：ΣIGMA型，卡爾蔡司光學（中國）有限公司。
1.3 實驗方法
首先，稱取一定質量的木粉放入烘箱中，在120℃溫度下幹燥2h除去其中的水分，然後按表1配方進行配料，把配好的料放入高速混合機中混合10min，然後通過雙螺杆擠出機造粒，最後把造好的粒子通過單螺杆擠出機擠出成型得到塑木複合材料，如圖1所示。
1.4 性能測試
粒徑分布：馬爾文激光粒度儀(yi) 測量；比表麵積：BET多點測試；彎曲強度測試：參照GB/T9341-2000測試；衝(chong) 擊強度測試：參照GB/T1043-1993測試；吸水率測試：參照 GB/T17657-1999測試；比重測試：按GB/T1033.1-2008測試；硬度測試：參照GB/T531-1999測試；線性熱膨脹係數測試：參照GB/T1036-2008。
2 結果與(yu) 討論
2.1 無機粉體(ti) 的性能
圖2為(wei) 不同品種無機粉體(ti) 的掃描電子顯微鏡照片，放大倍數均為(wei) 5000倍。從(cong) 圖1中可以看出CC-800和CC-1250為(wei) 碳酸鈣，均呈不規則立方體(ti) 狀結構，CC-1250的粒徑要比CC-800細；HS-218和HS-358為(wei) 滑石粉，均呈層狀、片狀結構，HS-358的粒徑要比HS-218細；HS-218和HS-358為(wei) 矽灰石粉，均呈針狀、塊狀結構，HS-358的粒徑要比HS-218細。
2.2 塑木複合材料的力學性能
圖3為(wei) PE塑木複合材料中添加不同品種無機粉體(ti) ：CC-800、CC-1250，HS-218、HS-358、GY-219、GY-319的彎曲強度對比曲線。從(cong) 圖3中可以看出，隨著無機粉體(ti) 添加量的逐漸增大，PE塑木複合材料的彎曲強度先呈上升後下降趨勢；在不同無機粉體(ti) 的相同添加份數下，矽灰石的彎曲強度最大，其次是滑石粉，再次是碳酸鈣；在同種無機粉體(ti) 填充的情況下，粒徑較細的無機粉體(ti) 對PE塑木複合材料的彎曲強度有較大貢獻，這是因為(wei) 粒徑細的無機粉體(ti) 正好可以填充在木粉粒子間的間隙中，從(cong) 而提高了PE塑木複合材料的密度，PE塑木複合材料的應力得到增加，彎曲強度得到提升[4,9]。
圖4為(wei) PE塑木複合材料中添加不同品種無機粉體(ti) ：CC-800、CC-1250，HS-218、HS-358、GY-219、GY-319的衝(chong) 擊強度對比曲線。從(cong) 圖4中可以看出，隨著無機粉體(ti) 添加量的逐漸增大，PE塑木複合材料的衝(chong) 擊強度呈先上升後下降趨勢；在不同無機粉體(ti) 的相同添加份數下，滑石粉HS-358的衝(chong) 擊強度最大，其次是矽灰石GY-219、GY-319，碳酸鈣CC-800、CC-1250稍差，這是由於(yu) 滑石粉呈片狀結構，矽灰石呈針狀結構，這種晶型結構對提高材料的衝(chong) 擊性能有很大幫助；其中HS-358的衝(chong) 擊強度大於(yu) HS-218，這表明滑石粉的矽含量對材料的力學性能有影響，矽含量越大，補強力學性能越好；在同種無機粉體(ti) 填充的情況下，粒徑小的無機粉體(ti) 填充在PE塑木複合材料的衝(chong) 擊強度要大。
2.3 塑木複合材料的比重
圖5為(wei) PE塑木複合材料中添加不同品種無機粉體(ti) ：CC-800、CC-1250，HS-218、HS-358、GY-219、GY-319的比重對比曲線。從(cong) 圖5中可以看出，隨著無機粉體(ti) 添加量的逐漸增大，PE塑木複合材料的比重逐漸增大；在不同無機粉體(ti) 的添加份數下，碳酸鈣CC-800、CC-1250填充在PE塑木複合材料的比重較大，這是由於(yu) 碳酸鈣呈不規則立方體(ti) 狀結構結構，更易填充在木粉粒子間的間隙中，從(cong) 而提高了PE塑木複合材料的比重；在同種無機粉體(ti) 填充的情況下，無機粉體(ti) 的粒徑越細填充在PE塑木複合材料的比重越大。
2.4 塑木複合材料的吸水率
圖6為(wei) PE塑木複合材料中添加不同品種無機粉體(ti) ：CC-800、CC-1250，HS-218、HS-358、GY-219、GY-319的24h吸水率對比曲線。從(cong) 圖6中可以看出，隨著無機粉體(ti) 添加量的逐漸增加，PE塑木複合材料的24h吸水率逐漸降低，這是由於(yu) 木粉的吸水率大於(yu) 無機粉體(ti) ，隨著無機粉體(ti) 填充量的增加，木粉相對含量減少，吸水率也隨著降低[10,11]；其中在不同無機粉體(ti) 的添加份數下，矽灰石GY-319、GY219填充在PE塑木複合材料的吸水率最低，最有利於(yu) 提高PE塑木複合材料的耐水性能，其次是滑石粉，再次是碳酸鈣。
2.5 塑木複合材料的硬度
圖7為(wei) PE塑木複合材料中添加不同品種無機粉體(ti) ：CC-800、CC-1250，HS-218、HS-358、GY-219、GY-319的邵氏硬度對比曲線。從(cong) 圖7中可以看出，隨著無機粉體(ti) 添加量的逐漸增大，PE塑木複合材料的邵氏硬度逐漸增大；在不同無機粉體(ti) 的添加份數下，矽灰石GY-219、GY-319 0填充在PE塑木複合材料的硬度最大，其次是碳酸鈣CC-800、CC-1250，滑石粉HS-218、HS-358硬度最小，這是由於(yu) 無機粉體(ti) 本身的硬度對複合材料的硬度有很大的影響。此外還可以發現，在同種無機粉體(ti) 填充的情況下，無機粉體(ti) 的粒徑越細填充在PE塑木複合材料的硬度越大。
2.6 塑木複合材料的線性熱膨脹係數
圖8為(wei) PE塑木複合材料中添加不同品種無機粉體(ti) ：CC-800、CC-1250，HS-218、HS-358、GY-219、GY-319的線性熱膨脹係數對比曲線。從(cong) 圖8中可以看出，隨著無機粉體(ti) 添加量的逐漸增大，PE塑木複合材料的線性熱膨脹係數逐漸減少；在不同無機粉體(ti) 的添加份數下，矽灰石GY-219、GY-319 0填充在PE塑木複合材料的線性熱膨脹係數最小，其次是滑石粉HS-218、HS-358，碳酸鈣CC-800、CC-1250線性熱膨脹係數最大，這是由於(yu) 隨著無機粉體(ti) 填充量的增加，木粉相對含量減少，木粉線性熱膨脹係數比無機粉體(ti) 大，所以表現出線性熱膨脹係數呈降低趨勢[12]。此外還可以發現，在同種無機粉體(ti) 填充的情況下，無機粉體(ti) 的粒徑越細填充在PE塑木複合材料的線性熱膨脹係數越大。
3. 結論：
1、對於(yu) 碳酸鈣、滑石粉和矽灰石三種無機填料而言，隨著體(ti) 係中無機粉體(ti) 添加量的逐漸增大，PE塑木複合材料的衝(chong) 擊強度和彎曲強度均表現出先上升後下降趨勢；矽灰石319在提高PE塑木複合材料的彎曲強度方麵最具優(you) 勢，而滑石粉HS-358在提高PE塑木複合材料衝(chong) 擊強度方麵表現最佳。
2、對於(yu) 碳酸鈣、滑石粉和矽灰石三種無機填料而言，隨著體(ti) 係中無機粉體(ti) 添加量的逐漸增大，PE塑木複合材料的比重和硬度均呈現逐漸增大的趨勢，PE塑木複合材料的24h吸水率和線性熱膨脹係數均逐漸降低。與(yu) 其它兩(liang) 種填料相比，碳酸鈣填充PE塑木複合材料的比重相對較大，矽灰石填充PE塑木複合材料的硬度最大，同時最有利於(yu) 降低PE塑木複合材料的吸水率和線性熱膨脹係數。
來源:廣源集團
責任編輯：路遙
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