木质纤维/PVC复合材料物理力学性能研究

• 作 者: 段洁利
• 机 构: 华南农业大学
• 出 处: 华南农业大学
• 发表日期: 2008年期
• 关键词: 木塑复合材料 木质纤维 复合材料 力学性能 物理性能 材料硬度 抗拉强度 蠕变性能

木塑复合材料是一种新型复合材料，它可以废木料及农作物废弃物等木质纤维和各种废旧塑料为原料制得，在大多数场合可替代木材制品，是一种很有潜力的新型材料。目前我国生产的木塑复合材料的物理力学性质普遍偏低，制约了材料的应用范围和高端产品的开发。论文以聚氯乙烯(PVC)为基体，以松木粉、稻壳粉为填充料，对木质纤维添加量、粒径和偶联剂添加量等因素对复合材料的硬度、抗拉强度、弯曲强度和蠕变性能等物理力学性能指标进行了研究，用扫描电镜进行了微观分析。其主要结论如下：
随松木粉添加量的增多，木塑复合材料硬度和吸水率都有所增大；木塑复合材料的拉伸弹性模量和弯曲模量随松木粉添加量的增加而上升，抗拉强度、弯曲强度和断裂伸长率则随松木粉添加量的增加而下降。
木粉粒径位于165μm～315μm区间内变化时，木塑复合材料的硬度和吸水率均变化不明显，抗拉强度大约维持在24MPa左右；弯曲强度则随粒径的增加先是增加，而后随着粒径的继续增大，则逐渐降低。平均粒径是165μm(80-100目)时，弯曲模量和弯曲强度达到极值。
钛酸酯偶联剂添加量在0份到3.5份区间内，木塑复合材料硬度、抗拉强度、断裂伸长率和弯曲强度均先是随着添加量的增加而上升，到1.5份时出现极点，以后随着添加量继续增大则逐渐下降。不添加偶联剂的木塑复合材料吸水率明显高于添加偶联剂的吸水率，随偶联剂添加量增多，木塑复合材料吸水率下降。
同比例添加量的松木粉/PVC复合材料的拉伸弹性模量、弯曲弹性模量、吸水率和抗蠕变性均高于同比例添加量的稻壳粉/PVC复合材料的相应值，而抗拉强度和弯曲强度低于后者。测得60份添加量的稻壳粉(或松木粉)/PVC复合材料极限吸水率分别为5.44％和6.93％。
木塑复合材料的短期蠕变行为可以用Burger模型来拟合。通过对不同木粉含量和应力水平试件的Burger模型数据拟合，得到了各拟合参数值，并进一步找到了各拟合参数与松木粉添加量和应力水平之间的回归方程式。