研究報告(PVC木塑仿木裝飾材料的研究)

1、pvc塑仿木裝飾材料的研究研究報告李碧朱劉浩李冬迪1 .前言 12 .研究目標及基本思路 12. 1研究目標 13. 2基本思路 23 .創(chuàng)新點 44 .技術關鍵和技術指標 44. 1關鍵技術問題 44. 2技術指標 55.作品的科學性和先進性 66、作品的設計和實驗 76. 1、配方： 76. 2、木粉（稻殼粉、果殼粉）的制備： 86. 3、復合材料試樣的制備： 86.4、木塑復合材料沖擊斷口形態(tài)結構的sem分析 97.應用范圍和應用前景預測 11pvc塑仿木裝飾材料的研究摘要：以廢棄的邊角、鋸末、農(nóng)業(yè)植物、pvc為原料。經(jīng)過對木粉的改型、填充pvc、塑化等工藝制備pvc木塑。該方法為廢棄的

2、 塑料找到了新的利用價值。不僅降低了成本，并且保護了環(huán)境，是 無毒無害的環(huán)保型材料。關鍵詞：回收環(huán)保阻燃1 .前言自21世紀以來，世界各地對環(huán)境保護和人類健康都極為重 視。我國每年廢棄塑料高達七千萬噸，大多作填埋處理，無獨有 偶，我國每年有超過七億噸的秸稈需要處理，處理的主要方式飛焚 燒，那就意味著每年至少有 3.5億噸的二氧化碳排放，這不僅嚴重 降低秸稈的附加值，其對環(huán)境造成嚴重危害。2 .研究目標及基本思路2.1 研究目標木塑復合材料由于具有木材和塑料成本和性能的優(yōu)點，而有望 成為新一代木質基礎材料的理想替代品，來緩解木材貧乏問題。將 廢棄木材邊角料與回收的塑料共混，等到一種吸水率低、阻燃

3、效果 好的新型材料。近年來，隨著經(jīng)濟的發(fā)展和人民生活水平的提高， 對木材和人造板等木質材料的需求逐年增加，而我國是一個木材資 i源不豐富的國家，儲量小，產(chǎn)量滿足不了市場的需求。而木塑復合 材料由于具有木材和塑料成本和性能的優(yōu)點，而有望成為新一代木 質基礎材料的理想替代品，來緩解木材貧乏問題。由于pvc是目前世界上最重要的通用塑料之一，pvc每年巨大的消耗量相應的產(chǎn)生了大量的廢舊塑料。而我國對廢舊塑料的回收 率僅為18%左右，大量的廢舊塑料被丟棄為垃圾，這既是一種浪費 又污染環(huán)境。另一方面，廢棄的木材邊角料，鋸末，農(nóng)業(yè)植物纖維 如稻糠，秸桿等大量的被放火燒掉，不僅浪費了資源也給環(huán)境帶來 了大量的

4、污染，我們把它們回收，作為復合材料的填料，提高了其 附加值，而且pvc木塑復合材料仍可以回收再利用，也就是說可循 環(huán)利用。2.2 基本思路1、木粉預處理：磨粉、干燥、改性。偶聯(lián)劑法的主要原理是：硅烷偶聯(lián)劑是一類具有特殊結構的低分子有機硅化合物，具通 式為rsix3.式中r代表與聚合物分子有親和力或反應能力的活性官 能團；x代表能夠水解的烷氧基。在進行偶聯(lián)時，首先x基水解形成硅醇，然后與無機粉體顆粒 表面上的羥基反應，形成氫鍵并縮合成-sio-m共價鍵（m表示無機 粉體顆粒表面）。同時，硅烷各分子的硅醇又相互締合齊聚形成網(wǎng) 狀結構的膜，覆蓋在粉體顆粒表面，使無機粉體表面有機化。具化 學反應的簡要

5、過程如下：水解：11h2ccch3h2c =c ich3與纖維素反應：oiih2ch2co-h3och3oho(ch2)3siohohohc一co(ch2)3-sioh +ch3oh+3h2oho 纖維素3ch 3oh-h2ooiiohc一c -o(ch2)3 -sio纖維素ch3oh與樹脂部分反應：ooh一 八 u -hclh2ccco(ch2)3si oh+ ho pvc 樹脂 tch3ohhpvc樹脂cc hoiiohcc o(ch2)3 siohh2cch3oiich3ohcc o(ch2)3siohohclpvc樹脂-hcl ch3ohhpvc 樹脂c c hch30ohcc o(c

6、h 2)3 si ohch3ohohocch2 pvc分子鏈hoccch ho偶聯(lián)：. hpvc 樹脂cc chch 3pvc分子鏈+h2oh2c 一 choho(ch2)3 sio纖維素ohch3ch32、改性后的木粉與pvc經(jīng)過混合、冷卻、擠出得到成品。3、拉伸性能：拉伸速度5mm /min ,參照gb1040 1992 ;彎曲性能：實驗跨度：100mm ,實驗速度5mm /min , 參照 gb/9341 2000;沖擊性能：無缺口沖擊 參照gb/1043 93。3 .創(chuàng)新點1、開發(fā)合理利用廢棄塑料的新途徑，減少對環(huán)境的危害。2、增加廢棄秸稈、稻 糠等的附加值。3、制備回收率高、綠色環(huán)保

7、的新材料。4 .技術關鍵和技術指標4.1 關鍵技術問題1、木粉的改性2、阻燃劑的控制4.2 技術指標制得pvc木塑來測量木粉種類含量及粒徑對木塑復合材料力學 性能的影響。60 fa pm /度 強 伸 拉5040 .30201010203040 5060708090-60目木粉木質填料含量/wt%a率長伸裂斷(a)木質填料含量對復合材料拉伸強度影響(b)木質填料含量對復合材料斷裂伸長率影響110r100.90,t- 60目木粉 r- 60目稻殼用-60目果殼器p m / 度 強 曲80-70,60.50.40*1 i * i *010203040 5060 70809060.50.j k /度

8、 強 擊 沖40.30 r20.ifti n*木質填料含jwt%701t-60目木粉一：一60目稻殼3-60目果殼310-010 203040 506070 8090木質填料含jwt%（c）木質填料含量對復合材料彎曲強度影響（d）木質填料含量對復合材料沖擊強度影響圖4-1由圖（a）、（b）、（c）、（d）可得出，隨著木粉、稻殼粉和果殼粉含量 的增加，復合材料的力學性能曾顯著下降趨勢，稻殼粉體系的拉伸 強度和斷裂伸長率高于木粉和果殼粉體系，添加量為45份時，稻殼粉體系的拉伸強度為31.21mpa ,木粉和果殼粉體系分別為30.07mpa 和 31.21mpa 和 26.9mpa 和 31.21m

9、pa。果殼粉體系的 沖擊強度稍高些，而彎曲強度較低，稻殼粉的綜合性能最好。木質填料在填充塑料中填料作為分散相，實際上是被分割在基 體樹脂構成的連續(xù)相中。在外力作用下基體樹脂從填料顆粒表面被 拉開，因承受外力的總面積減小，所以填充塑料的拉伸強度較未填 充體系有所下降。這是由于稻殼粉、木粉和果殼粉均為纖維素類填 料，主要由纖維素和少量的木質素及其它化合物組成，但纖維素的 含量不同。理論上纖維長度越長，拉伸強度越大。界面剪切強度越 大31,拉伸強度也越大。而界面剪切強度與相容性有關，相容性越 好，界面剪切強度越大。因此相容性和纖維長度是復合材料機械性 能的決定因素。在相同的填充量情況下，復合材料的拉

10、伸強度稻殼 粉的要稍高于木粉和果殼粉。稻殼粉顆粒有較大的長徑比，對 pvc 起到一定的增強作用；而果殼粉則長徑比小些，對 pvc的增強作 用相對差些。在相同填充量的情況下，填充體系的沖擊強度稻殼粉的低于果 殼粉的，這與稻殼粉中高纖維素含量有關。這是因為低長徑比的填 料通常不會提高聚合物的拉伸強度，但會提高韌性，而具有較高長 徑比的填料會使聚合物變脆，沖擊強度降低。稻殼粉中纖維素含量 高，因而沖擊強度下降的較大。5 .作品的科學性和先進性科學性：本次課題中的原料是從污染環(huán)境的廢棄物中提取出來 的。不僅保護了環(huán)境還降低了成本。先進性：pvc木塑具有許多普通木質沒有的特點，例如：吸水 率低、無形變、

11、阻燃效果好。6、作品的設計和實驗6.1、 配方：pvc:100 份；改性木粉：40-60份；輕鈣： 20-40份；復合穩(wěn)定劑：4-5份；硬脂酸：2-2.5份；石蠟：1-2份；dop:1-5 份；染料：適量；ac發(fā)泡劑：2-3份；發(fā)泡調節(jié)劑：10-15份主要的儀器及設備儀器名稱型號廠家粉碎機fe220北京中興偉業(yè)儀器有限公司高速混合機gh-10北京塑料機械廠開放式煉塑機sk-160b上海輕工業(yè)機械股份有限公司上海橡 膠機械廠平板硫化機xlb中國青島亞東橡膠有限公司青島第三 橡膠機械廠沖片機cp-25上?；C械廠250毫米臺式砂輪機s3st-250上海砂輪機廠電熱恒溫鼓風干燥箱dhg-9070a

12、上海精宏實驗設備有限公司沖擊實驗機xju-22承德實驗機有限責任公司微機控制電子方能實驗機rgl-30a深圳市瑞格爾儀器有限公司毛細管流變儀xly- n吉林大學科教儀器廠偏光顯微鏡掃描電鏡（semjsm-6360lv日本表6-16.2、 木粉（稻殼粉、果殼粉）的制備：準備好木屑（稻殼、果殼）以備用。將準備好的木屑（稻殼、果殼）在120 c下用烘箱烘制6小時，烘去其中的水 分利以于粉碎和篩選。將烘干的木屑（稻殼、果殼）用高速萬能粉碎機粉碎。將篩選好的木粉（稻殼粉、果殼粉）密封裝袋留以備用。6.3、 合材料試樣的制備：1、將自制的木粉（稻殼粉、果殼粉）在120 c烘箱內(nèi)干燥6h, poe-g-ma

13、h 和 eva-g-mah 70 c 干燥 5h 將 pvc 和 dop 復 合穩(wěn)定劑、硬脂酸、石蠟、在高速混合機里混合均勻，備用。2、將混合好的pvc和木粉（稻殼粉、果殼粉）混合，在塑 煉機上塑化，混煉 8min,出片后于平板硫化機上模壓成型，然后 在另一臺平板硫化機上、在同等壓力下冷壓，取出模壓片材，在橡 塑沖片機上裁制性能測試標準試樣。3、同樣，將混合好的 pvc（100份）和硅烷改性稻殼粉（45份） 混合，在煉塑機上塑化2min,加入偶聯(lián)劑改性的 caco3,混煉6min,模壓制備試樣。同樣，將混合好的pvc和稻殼粉在煉塑機上塑化2min,加入相容劑混煉8min,模壓制備試樣。同樣，將

14、混 合好的pvc和改性的稻殼粉在煉塑機上塑化8min ,模壓制備試樣。原料、配比：本次課題通過研究熱穩(wěn)定劑對 pvc木塑的"極限氧指數(shù)"（阻燃性能），抑煙性的作用，尋找環(huán)保高效阻燃體系，提高pvc木塑的阻燃和抑煙性能；通過對低發(fā)泡型的 pvc 木塑工藝研究和結構設計，改善 pvc木塑復合材料阻燃效 果差的缺點。本次課題研究不僅能降低材料的火災危險，同時保持外 觀與實木的極度相似性。能夠提供一種阻燃性能好，同時又 具有經(jīng)濟、環(huán)保、力學性能好的做然木塑裝飾材料無添加阻燃劑實驗原料及配比份00di份份份份份份份份60225355315pvc改性后的木粉 石蠟硬脂酸dop?|3苯二

15、甲酸二辛酯 碳酸鈣復合穩(wěn)定劑 ac發(fā)泡劑發(fā)泡調節(jié)劑表6-2添加阻燃劑實驗原料及配比pvc100改性后的木粉60份石蠟2份硬脂酸2份dop'b苯二甲酸二辛酯5份碳酸鈣35份復合穩(wěn)定劑5份ac發(fā)泡劑3份發(fā)泡調節(jié)劑15份阻燃劑30份表6-3氫氧化鋁（ath）和硼酸鋅（zb）配比分別為:3:1 4:1 5:1 6:1 7:1經(jīng)實驗測得正常的木塑產(chǎn)品為 23個極限氧濃度；而我們的 配比得到的pvc木塑在5: 1時得到的極限氧濃度為32.% 有效的改進了 pvc木塑阻燃性差的缺點6.4、木塑復合材料沖擊斷口形態(tài)結構的se汕析14未處理的(b) poe-g-mah (5phr)(c)eva-g-ma

16、h( 2.5phr)(d) nano - caco 3(7.5phr)(e)硅烷偶聯(lián)劑(1.5%)由(a)(b)(c)(d)(e)分別為 2000 倍下未改性、5 份 poe-g-mah、 2.5份eva-g-mah、7.5份納米caco 3和1.5%的硅烷偶聯(lián)劑掃描 電鏡照片，可以看出加入7.5份納米caco3體系的相容性和分散 性最好。由圖(a)可以看出稻殼粉未經(jīng)表面處理時斷面較平滑43,纖 維與樹脂間存在十分清晰的相界面，粘結強度較弱，在外力作用下 復合材料發(fā)生脆性斷裂而破壞，因而復合材料力學性能較差；從圖 (b)(c)可以看出，復合材料加入 poe-g-mah和eva-g-mah時，斷 面變得粗糙,稻殼粉顆粒受外力作用被拉斷而形成的孔洞變形嚴重， 呈現(xiàn)韌性斷裂的特征。eva-g-mah體系基體與稻殼粉之間的界面 模糊，稻殼粉與pvc的結合性有了很大改善，較加入 poe-g- mah 更明顯提高力學性能；從圖(d)可以看出斷面呈現(xiàn)片層狀，改 性的納米caco 3粒子均勻的分布在基體中，基體與稻殼粉和 caco3的相容性更好，界面變得模糊，在斷裂時改性 caco 3粒子 可吸收更多的能量，從而顯著提高材料的沖擊強度；從圖 (e)可以看 出斷面曾片層狀結構，稻殼粉的分散性變好，說明硅烷改性后的稻殼粉與pvc基體間的界面結合作用增強，復合材料抵抗外力作