木塑復(fù)合材料的性能及其在建筑中的運用 復(fù)合材料 性能 建筑 木塑

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木塑復(fù)合材料的性能及其在建筑模板中的運用本文簡介：木塑復(fù)合材料顧名思義，是由木材和塑料復(fù)合形成的高分子復(fù)合材料。上世紀60年代，木塑復(fù)合材料在國際上被提出和開發(fā)，且在興隆國家中被廣泛應(yīng)用。其木質(zhì)材料是由植物纖維構(gòu)成，不需要直接從木材中進展提取，可以通過提取人工速生林木材或者其他非木質(zhì)植物的纖維來作為主體材料，甚至可以利用它們的加工廢棄物等；另外還包

木塑復(fù)合材料的性能及其在建筑模板中的運用本文內(nèi)容：

木塑復(fù)合材料顧名思義，是由木材和塑料復(fù)合形成的高分子復(fù)合材料。上世紀60年代，木塑復(fù)合材料在國際上被提出和開發(fā)，且在興隆國家中被廣泛應(yīng)用。其木質(zhì)材料是由植物纖維構(gòu)成，不需要直接從木材中進展提取，可以通過提取人工速生林木材或者其他非木質(zhì)植物的纖維來作為主體材料，甚至可以利用它們的加工廢棄物等；另外還包括非木質(zhì)植物種類如廢棄塑料制品、秸稈、麻纖維、局部農(nóng)作物和水果的廢棄局部等。通過這幾種環(huán)保材料復(fù)合而成的木塑復(fù)合材料相比于傳統(tǒng)的以木材為主的建筑材料來說，具有更好的耐水性與穩(wěn)定性；而相比擬塑料而言，其熱穩(wěn)定性及力學性能得到了提升。它的開發(fā)不僅有效解決了廢棄塑料的處理問題，緩解了我國對于廢棄塑料處理的壓力，并且很好地將塑料和木材存在的缺點解決，使它們在復(fù)合材料中可以更好地發(fā)揮作用。

1木塑復(fù)合材料

1.1木塑復(fù)合材料的特點

木塑復(fù)合材料的主體組成材料是塑料和植物纖維，對于復(fù)合材料來說，主體材料的特性可以對復(fù)合材料產(chǎn)生直接的影響。根據(jù)需求以及所需材料的性能和本錢，稻殼和聚丙烯〔PP〕成為了開發(fā)木塑復(fù)合材料的主體材料。之所以選擇這兩種材料作為主體材料，是因為稻殼在中國的產(chǎn)量極大，來源范圍極廣且本錢低，在與其他材料的競爭中有很大的優(yōu)勢。PP是一種很常見的塑料，但相比于其他種類的塑料來說，其耐熱性和延展性均優(yōu)于其他種類。

另外，由于我國對塑料制品的需求極大，從而導(dǎo)致廢棄的塑料越來越多，而將PP作為木塑復(fù)合材料的主體材料后，可以從廢棄塑料中進展提取以及再利用，既起到了環(huán)保的作用又降低了本錢【1】.

1.2稻殼及PP性能

1.2.1稻殼纖維的性能

1.2.1.1吸濕與溶脹性纖維在與空氣中的水蒸氣接觸時，會產(chǎn)生吸濕和溶脹現(xiàn)象。這是因為纖維分子中含有羥基，該羥基有極強的親水性，而纖維大分子中含有多個葡萄糖基，每個葡萄糖基都含有三個羥基，從而導(dǎo)致了纖維分子的強吸水性。

1.2.1.2堿和酸的作用纖維與堿之間非常敏感，當纖維與空氣接觸時，纖維里的纖維素能與空氣里的氧元素發(fā)生氧化反響，而同樣與空氣接觸的堿能對它們之間的氧化作用起到催化的成效。而酸在與纖維接觸時，酸能對纖維素的水解過程起到催化作用，并使纖維的增強成效降低。

1.2.1.3光熱、和微生物的作用纖維也可能會受到自然條件的影響，強烈的日光和大氣會對纖維進展氧化和裂解。當溫度低于100℃時，纖維在熱作用下比擬穩(wěn)定，當溫度超過臨界點時，纖維的穩(wěn)定性會隨著溫度的升高而下降。

且當作用時間延長時，纖維將會有嚴重的熱退化現(xiàn)象產(chǎn)生，并伴有一定的氧化與水解反響。一般的纖維，在幾小時之內(nèi)并無明顯變化，但時間一長就會產(chǎn)生反響。假設(shè)是有水元素存在，那么會加快各種反響。

當溫度升高時，纖維會產(chǎn)生劇烈的分解作用，并逐漸炭化。另外，微生物細菌等也會對纖維產(chǎn)生作用，將纖維水解成簡單的糖分。

1.2.2PP塑料的性能

PP對于蒸汽和沸水的耐受性極強，這個特性在作為混凝土模板組成的情況下具有決定性的作用，也是其能被用于復(fù)合材料的重要特性之一。此外，PP還具有不易老化、絕緣性能強及耐腐蝕等特性。

1.3木塑復(fù)合材料的制備

木塑復(fù)合材料是由塑料和植物纖維復(fù)合而成，其中植物纖維是非熔融性的材料，而塑料是可熔融的高分子聚合材料，這兩者的混合需要極高的條件。首先，需要將塑料的溫度控制在高于分解溫度且低于黏流溫度的區(qū)間內(nèi)。在此條件下，由于塑料的黏度降低，且沒有分解，因此使植物纖維分散的阻力降低，在這樣的條件下通過外力的作用，可使塑料材料和植物纖維材料進展充分的交融，雙方互相浸透，完成復(fù)合。

2木塑復(fù)合材料的性能

木塑復(fù)合材料中由于植物纖維與塑料為互不相容的兩種材料，因此必須添加相應(yīng)的增容劑。增容劑包括偶聯(lián)劑和反響增容劑，考慮到材料的性能要求，選擇并用方式。偶聯(lián)劑選擇鈦酸酯偶聯(lián)劑；反響增容劑選擇馬來酸酐接枝聚丙烯〔PP-g-MAH〕，其與PP不僅具有良好的相容性，而且其分子鍵上的馬來酸酐基團在與稻殼粉混合過程中，可與稻殼粉外表的羥基發(fā)生化學反響，產(chǎn)生的界面化學鍵結(jié)合改善了相容性，從而進步木塑復(fù)合材料的性能【2】.

2.1稻殼粉用量對復(fù)合材料力學性能的影響

表1為兩種材料不同比例時復(fù)合材料的性能情況。從表1可以看出，當?shù)練し叟cPP的比例在3:2的時候，復(fù)合材料的靜曲強度最高，而彈性模量、拉伸強度以及沖擊強度都比擬高，綜合性能較好。因此，本研究選擇3:2的質(zhì)量比，這既保證了質(zhì)量，又降低了本錢。而且還可以從表1看到，隨著PP用量的增加，復(fù)合材料的拉伸強度和沖擊強度也隨之升高。

2.2偶聯(lián)劑對復(fù)合材料性能的影響

植物纖維本質(zhì)上就是植物體內(nèi)的細胞，和普通的細胞一樣，也是由細胞壁和細胞腔構(gòu)成。細胞壁分為兩局部，一局部是初生壁，一局部是次生壁。初生壁由原纖構(gòu)成，但在細胞壁里呈不規(guī)那么排列，因此存在著些許空隙，而這些空隙就由其他元素填充，假設(shè)膠、木質(zhì)素等。次生壁那么是由纖維素大原纖構(gòu)成，這些纖維寬窄不同，含有大約70根左右的纖維素分子，這些分子之間由其他元素相連，并對架構(gòu)產(chǎn)生了一些影響。稻殼粉含有吸水性極強的羥基基團，有很強的親水性，PP那么有很強的吸油性，因此并不能對二者直接進展混合，需要一些助劑來進展改性。

本實驗選擇了三種偶聯(lián)劑對復(fù)合材料進展改性處理，結(jié)果見表2.從表2可以看出，當使用偶聯(lián)劑時，沖擊強度和彈性模量明顯增大，但靜曲強度減小。因此，偶聯(lián)劑可在一定程度上改善材料性能。

2.3增容劑對復(fù)合材料性能的影響

在復(fù)合過程中，由于分子之間的作用，致使稻殼粉很容易聚集在一起，不易分散；而且這兩者不相容，在極性上幾乎呈相反態(tài)勢，因此需要使用適宜的增容劑，來進步兩者之間的相容性。

2.4增韌劑對復(fù)合材料性能的影響

稻殼韌性較低且相比照較脆弱，而PP具有高結(jié)晶度，堅硬且耐熱，但也存在其他一些缺點，如質(zhì)地較脆等。因此，增強材料韌性成為了一個重要的課題，而且增韌的主要對象是PP.實驗選擇了三種增韌材料--高密度聚乙烯〔HDPE〕、乙烯-醋酸乙烯酯共聚物〔EVA〕及膠粉來進展增韌改性比照試驗，結(jié)果見表4.由表4可以看出，靜曲強度和彈性模量是模板材料的兩個重要指標，其質(zhì)量好壞和這兩個指標有著很大的關(guān)系，而彈性模量尤其重要。木塑復(fù)合材料彈性模量遠低于其他建筑材料，因此如何進步木塑材料的彈性模量，是亟待解決的問題。

2.5增強材料對復(fù)合材料性能的影響

目前短纖維是主要的增強材料，選取三種纖維材料做增強改性實驗，分別是石棉、尼龍及玻璃短纖維，所得試驗結(jié)果見表5.從表5可以看出，玻璃纖維增強木塑復(fù)合材料的綜合性能良好。

3木塑復(fù)合材料建筑模板的應(yīng)用

3.1稻殼/PP建筑模板材料的制備方法

稻殼/PP木塑復(fù)合材料采用高溫煉塑機進展制備。首先將PP在煉塑機上塑化至透明狀，然后混入改性稻殼粉、增容劑、加工助劑和防老劑，在煉塑機上混合均勻后即可下片，以便模壓制樣。稻殼/PP木塑復(fù)合材料的混合加工溫度控制在180~185℃為宜：溫度過低，PP未完全熔融，不易與稻殼粉混合，造成混合分散不均；溫度過高，那么造成稻殼纖維粉的高溫氧化裂解變質(zhì)，并出現(xiàn)發(fā)煙現(xiàn)象，使材料性能劣化[3-5].作為建筑模板的木塑復(fù)合材料，其韌性必須到達一定要求。由于是用在建筑施工上面，所以沖擊強度與耐用度也應(yīng)有極高的水準。此外，還要考慮到該種材料要長時間放置于戶外，因此應(yīng)具備優(yōu)異的抗氧化性、耐腐蝕性及抗老化性。

考慮到模板材料的回收利用，對稻殼/PP木塑復(fù)合材料進展熱循環(huán)加工試驗。在加工溫度180~185℃下，反復(fù)循環(huán)加工1~5次后，材料的性能變化不大，其中第3次循環(huán)加工性能最好，并且保持良好熱塑性加工性。分析主要原因是在混合到第3次時，材料的混合均勻性進一步進步，在第4~5次混合后，性能就根本穩(wěn)定變化不大，由此證明該材料具有良好的熱加工循環(huán)利用性能，有利于建筑模板報廢后的循環(huán)利用。通過之前對兩種材料各種性能的研究，并結(jié)合實際條件和科研程度，得到了一個相對合理的方案來進展木塑模板的研發(fā)。該方案詳細為：稻殼粉：PP=60:40;防老劑1.0份；輕質(zhì)碳酸鈣3.0~3.5份；PP-g-MAH3.0~3.5份；石蠟1.0~2.0份；硬脂酸1.0~1.5份；欽酸醋偶聯(lián)劑1.0~1.5份。

從工業(yè)化角度考慮木塑復(fù)合材料模板的消費，制定出以下流程方案：

3.2稻殼/PP復(fù)合材料建筑模板性能

研制的稻殼/PP木塑復(fù)合建筑模板材料〔普通型和增強型〕的性能測試結(jié)果見表6,并與膠合板和塑料模板的性能進展比照。從表6可以看出，研制的稻殼/PP木塑復(fù)合建筑模板材料的主要力學性能指標均到達實驗的設(shè)計值要求，是一種性能介于膠合板模板和塑料建筑模板之間的新材料，可以滿足建筑施工業(yè)對模板材料的性能要求。

4結(jié)語

稻殼/PP木塑復(fù)合材料中添加玻璃纖維，可以進步其力學性能。稻殼/PP木塑復(fù)合建筑模板材料是一種新型的模板材料，建議進一步開展木塑復(fù)合建筑模板材料的研究與開發(fā)應(yīng)用，為我國建筑模板行業(yè)的技術(shù)進步作奉獻。

參考文獻：

【1】糜嘉平。建筑模板與腳手架研究及應(yīng)用[M].北京：中國建筑工業(yè)出版社，2022.

【2】黃麗。植物纖維/聚丙烯復(fù)合材料構(gòu)造與性能的研究[D].北京