利用木质材料与塑料进行复合生成木塑复合材料的历史已久。在这些研究当中,主要以木粉木纤居纸纤维或其他纤维与塑料的复合为多。这类材料尺寸一般多限于通过1.5mm筛网的粉末或细碎材料。将木材加工成木粉或木纤维的工序较多,能耗大。如果能以木材刨花与废弃塑料进行复合,则不但能降低处理木材的能耗,而且还提供了一种对废弃塑料处理的有效途径。
杨树是中国北方的常见速生树种,多用于生产刨花板、中密度纤维板;发泡聚苯乙烯是一种常见的包装材料,在我国每年直接用于工业缓冲减震包装的聚苯乙烯(ESP)材料的需求量约1000多万m3,这无疑是个触目惊心的数据。它多为一次性使用,且它的化学性质稳定密度小体积大,在自然界中既不腐烂,也不降解,是日益严重的所谓“白色污染”的主要来源之一。大量废弃的包装材料不仅污染了环境,也造成了原材料的浪费,因此,对废弃聚苯乙烯泡沫塑料的回收利用是近年来人们一直关注和不断探讨研究的一个重要课题。
文中旨在讨论废弃的泡沫聚苯乙烯与杨树刨花在胶粘剂作用下进行复合的工艺可行性及复合材料物理力学性能的探讨。
1材料与方法1.1试验仪器50t预压机,100t热压机,自制旋转拌胶机,AG-10TA岛津万能试验机,MANGNA560型傅立叶红外光谱仪(美国尼高力公司生产)。
:基金项目:国家948科学基金资助项目(2001~01)。
第1:杨文斌(1966-),男,福建南平人,副教授,博士后,从事木材干燥、木塑复合材料研究。
1.2试验材料杨树木片(购自哈尔滨市正阳河人造板厂),废弃泡聚苯乙烯(自行收集),液体异氰酸树脂胶粘剂MDI(东北林业大学材料科学与工程学院胶粘剂组提供,10(%固含量)1.3试验方法就能够得到均匀的塑料、刨花混合物。粉碎后的泡塑料利用KBr压片法进行FTIR光谱分析。
1.3.3板坯制备先将木刨花和粉碎后的EPS塑料拌均,再投入旋转式拌胶机中,旋转一定的圈数后再喷入MDI胶(施胶量为板坯绝干重的2%,注:板坯绝干重=刨花绝干重+塑料绝干重),使胶均匀地分布到刨花和塑料表面。施胶后的混合物利用手工铺装成320mnK340mm的疏松板坯,同时将脱模剂均地涂在垫板表面,然后在室温状态下进行预压,预压压力为1 Mpa,时间30s.热压工艺为3段加压法,热压曲线,见;最高压力依据密度的大小在1. 525MPa范围内进行调整,密度大,相应选用大的最高压力;每个条件下试验重复压3块板,其中2块用于物理力学性能的测试,剩余的1块用于其他用途。复合板的厚度时间/min MDI胶合的木塑复合材热压曲线由厚度规控制,复合板的最终厚度设计为12mm. 1.3.4试验设计试验采用正交试验设计,选用b(34)正交表,固定因子在文中1.3. 1~1.3.3分别作了详细的说明,选取以下4个条件作为工艺参数的多因素试验变化因子:木材与塑料的配比、热压温度、热压时间板坯密度,变化因子水平,见表1,表2.表1变化因子水平被测试板材在制备试件前均在室温下至少陈放热压时间原糊配比D为花重密塑料重>,B为热以温表同:h C为热压时间(min),D为板坯密度(gcm-3),以下表同。
10d,然后根据相关标准制取试件及各项主要物理力学性能指标的测试,其中静曲强度按照GB/T4897-92测试,内结合强度和厚度吸水膨胀率按照德国标准DIN68763V100测试。利用极差分析和方差分析对试验结果进行数据分析。
2结果与讨论bookmark3利用MDI胶合的再生木塑复合板材的各项物理力学性能,见表3.根据表中的数据可分别得到试验1.3.1木片的处理用刨片机将木片处理成刨花(刨花尺寸,见),并干燥至含水率2%~ 3%,用薄膜塑料袋密闭包装,备用。为各种筛分值刨花的累积百分比。
中各变化因子对各项性能指标的平均值和极差分析(表4)和各变化因子对各指标影响的方差分析结果(表5)。以下分别讨论各变化因子对再生木塑复合材料各性能指标的影响。
表2正交试验设计序号表3正交试验设计结果序号表4各变化因子水平指标的平均值(K值)(极差分析)K值水平干状内结合强度IB 21刨花与塑料的配比对复合材料力学性能的影响从表4可以看出,在试验范围内,随着木材与塑料的质量百分比在9:1~7:3范围变化时,MOR有下降的趋势,这主要是由于随着塑料含量的增加,相对地由木纤维组成的木刨花含量就减少,这是影响刨花板静曲强度的主要因素,另外PS的弹性模量也比木质材料的弹性模量小,也势必导致复合板的静曲强度的下降,但指标值均超过标准优等品要求,方差分析也表明该因素对MOR的影响不显著(表5);在配比为8:2时,干状内结合强度和100°C水煮2h后的内结合强度均处于较优状态;当配比由9:1~8:2变化时,干状内结合强度和100°C水煮2h后的内结合强度均有一定量的升高,到配比在8:7:3变化时,干状内结合强度和100°C水煮2h后的内结合强度都略有下降,但指标值均高于标准优等品要求。方差分析表明,该因表5方差分析结果因子MOR素对二者的影响均不显著(表5);从表5还能看出,刨花与塑料的配比对2h及24h吸水厚度膨胀率的影响高度显著(),配比在9:1~7:3范围内变化时,2h与24h厚度吸水膨胀率均随塑料添加量的增加而显著下降(表4),就热压后的板材看,熔融后的ESP较均匀地覆盖在木材刨花表面,很显然ESP是一种拒水材料,因此能较好地阻止水分对刨花的侵入,从而较大地降低了吸水厚度膨胀率。
22热压温度对复合材料物理力学性能的影响热压温度对加速胶的固化和增加木质刨花的塑性均有一<定的影响。在试验中,由于使|用的EPS是回收的,其性质可能会发生改变,通过傅立叶红外光谱()分析表明,回收的EPS在180C热压10min后的分子官能团基本没有发生变化,同时,考虑到异氰酸树脂胶粘剂的反应温度,故将热压温度设置在180~150°C范围内变化。表5表明,在试验范围内,热压温度对湿内结合强度、2h厚度吸水4膨胀率的影响高度显著(),对PS的FTIR红外光谱其余表列各项指标的影响不显著。从表4可以看出,热压温度在180~150°C变化时,mR随温度的下降而略有升高,这可能是由于异氰酸树脂胶粘剂在147. 47°C时固化反应结束,体系形成强有力的体形结构的原因,因此,在试验范围内,150°C时有较高的M0R;对内结合强度,无论是干状还是湿状,在165°C时均有较高的强度值。同时,在165°C时的2h与24h厚度吸水膨胀率也最低,二者受温度的影响有相似的规律,即在180~165°C变化时,二者均降低,而在165~150°C变化时,二者均有回升,在150°C时均达到最大,2h厚度吸水膨胀率最大值仍优于标准中的优等品要求。
23热压时间对复合材料物理力学性能的影响。根椐魏a热趣木刨花板的内有潘显著的影响如且呢时间的延/长结合net强度基本呈直线上升趋势。表4说明,随热压时间的延长,MOR干状和湿状内结合强度也呈上升趋势,2h和24h吸水厚度膨胀率呈下降趋势,方差分析(表5)表明,热压时间对干状和湿状内结合强度的影响显著。延长热压时间有助于提高胶的固化程度,增加刨花之间的胶结力,减少胶层间的吸湿断裂和降低刨花对水的吸收,从而提高复合板的各项性能。于此同时,热压时间的延长也有助于泡沫塑料在木材刨花中的熔融,从而更有利于塑料在刨花间的流展和塑料在刨花中的均匀分布,更有效地降低吸水厚度膨胀率。但太长的热压时间会引起生产效率的下降。
24板材密度对复合材料的物理力学性能的影响复合板的密度很重要,它直接影响复合板的物理力学性能和应用范围,还直接影响板的成本。从表4看,复合板的静曲强度、干状及湿状内结合强度指标均随密度的增加而显著增加,2h和24h厚度吸水膨胀率随密度的增加而显著下降,且各项指标均优于标准优等品要求;方差分析表明(表5),密度对所有的指标均呈高度显著影响()。结果与Youngquist,JA……Compoiste王建军,郭文静,王正木纤维-聚乙烯复合材料中聚乙烯改性的研究。木材工业,1995,9(3):10-13.杨庆贤木塑复合材料性能与相关因素的研究。福建林学院学报,1997,17(3):杨庆贤木塑复合材料建筑模板的研制。福建林学院学报,1993,13彭武财,黄国雄木材塑胶复合材料之研究于开发V.废弃竹杆。桉木。棕榈粒片与聚丙烯复合板之制作及特性比王戈,秦野恭典,涉步龙也,等聚氯乙烯废料的含量对复合刨花板性能的影响。木材工业,1998,12(3):顾继友,高振华,谭海彦,等。异氰酸酯树脂胶粘剂刨花板制板工艺研究。木材工业,1999,13顾继友,高振华,谭海彦,等。异氰酸酯稻草刨花板制造工艺研究。木材工业,2000,14(3):张显权,陆仁书,王缘棣主要工艺参数对酚醛胶杨木刨花板尺寸稳定性的影响。东北林业大学学报,2001,29杨文斌,沈洁梅高分子物理原理在木材工业中的应用。
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