PVC木塑复合材料的配方及其性能

唐文斌

（东莞市华立实业股份有限公司，广东东莞 523561）

PVC木塑复合材料的配方及其性能

唐文斌

（东莞市华立实业股份有限公司，广东东莞 523561）

随着科技的发展，人们对于材料方面的要求也越来越高，开始不满足于原有的单一材料，因此，PVC木塑复合材料应运而生。PVC是聚氯乙烯的简称，而木塑复合材料则是使用植物纤维或者是木纤维对热塑性材料进行填充或者增强，同时具有塑料盒木材的特点，在某些方面可以用来代替木材或者塑料。主要研究 PVC 木塑复合材料的组成以及对 PVC 木塑复合材料的性能进行分析。

聚氯乙烯；木塑复合材料；性能分析

随着技术的进步，人们对于材料的要求也在逐渐提高，渐渐不满足于原有的单一材料，因此，复合材料应运而生。其中，PVC 木塑复合材料占有一定的比重，PVC 木塑复合材料不仅具有木材的特性，还同时具有塑料的特点，是一种新型的绿色的环保材料。其具有诸多优点，例如：来源丰富、可回收、原料廉价等；此外，相对于塑料而言，其可以减少对环境的污染；而对于木材来说，则可以更好地保护森林环境以及资源；总的来说，可以有效地促进经济的发展，具有良好的生态效益以及社会效益。

木塑材料能否具有更广阔的使用空间，取决于木塑材料的性能，很多年来，科技人员对木塑材料的配方以及性能进行了大量的研究，并取得了一定的进步。本文通过对比云杉木粉和杨木粉的粒度、木粉含量以及微观结构等因素，对 PVC木塑材料的性能进行了实验研究。

1 实验部分

1.1 原料

杨木粉和云杉木粉均属于软木，但它们的种类又有所不同，杨木是阔叶木，而云杉木则是针叶木。所选用的实验材料均为已失去活力的植物细胞的细胞壁，因此，取以下三种类型材料：1号杨木粉，粒径212μm；2号杨木粉，粒径150μm；云杉木粉，粒径212μm。PVC 基选用的是 SG 5型，其他材料均为市面上常见材料，如：稳定剂、塑料助剂等。

1.2 仪器设备

天津烘箱厂生产的 DH-101-3S 型号的恒温鼓风干燥箱 ；北京市搅拌食品机械公司生产的 JM-10型号的高速混合机 ；上海挤出机械厂制造的 SJ-45×25F 型号的单螺杆挤出机 ；河北承德市材料试验机厂生产的 UJ-40型号的冲击试验机 ；长春实验机研究所的 CSSA 2110型号的电子万能试验机 ；美国 FEI公司的 FP6800173型号的发射扫描电镜。

1.3 工艺流程

使用鼓风干燥箱，在110℃下，恒温干燥6h，对木粉进行预干燥，确保脱除木粉表面的吸附水以及木粉内毛细管中的吸附水和自由水。其中，螺杆的转速为 20～60r/min ；口模形状是棒材，直径为10mm ；挤出机各个阶段温度分别是160～165℃，170～175℃，180～185℃，180～185℃。

1.4 性能测试

按照 GB/T 1040—2006，在室温下对其进行拉伸性能测试，拉伸的速度是 50mm/min ；按照 GB/T 1043—2008 塑料简支梁的冲击实验的方法，对式样进行24h 的时效处理，之后进行冲击性能测试。

2 结果分析

木塑复合材料的木粉填充量可以达到70% 以上，所以说，对木粉进行进一步的研究就显得十分重要，例如：木粉的尺寸、形态、化学组成等。这些因素对木粉的化学性质和物理性质有着很大的影响，直接决定了木塑复合材料性能的好坏。

2.1 木粉的微观结构

云杉木和杨木的细胞尺寸如表1所示，实验所用木粉在SEM 电镜下的扫描照片如图2所示。

表1 云杉和杨木的细胞尺寸

图1 1号杨木粉

图2 2号杨木粉

图3 云杉木粉

从图2可以看出，云杉木粉的纤维细胞基本已经被破坏，导致细胞腔大部分裸露在外；而1号杨木粉的纤维细胞大部分没有被破坏，2号杨木粉的粒径较小，和1号杨木粉相比，被破坏的细胞数量增加。

2.2 木粉的种类和粒径对材料性能的影响

将木粉烘干，之后经高速和树脂进行混合造粒，最后经过挤出机挤出成型，将所得到的板材制样，并对制样进行性能测试。PVC 份为 100phr，当木粉的质量分数是 66.7% 时，在拉伸强度以及冲击强度两个方面来说，云杉木粉比2号杨木粉高，然而，2号杨木粉比1号杨木粉高，而且差值较大；对于弯曲强度来说，大致趋势也是如此，但是其差值不如拉伸强度以及冲击强度的差值大。塑料和木粉的两相界面和所得制品的性能有着密不可分的关系，其中，对其起着决定性作用的因素是木粉的分散程度。木粉分散的程度越高，即越均匀，则两相接面积就越大，所得到的的制品的性能就越好。在 SEM 电镜中可以看出，2号杨木粉的粒径小于1号杨木粉，则其接触面积要比1号盐母粉的接触面积大，所以，其各种性能都比1号杨木粉好。

上述结果表明，木粉表面纤维的裸露程度决定了木塑复合材料的性能，即细胞被破坏的程度越严重，表面纤维的裸露程度就越高，接触面积越大，性能越好。

2.3 木粉添加量对材料性能的影响

对 PVC 木塑复合材料的性能有较大影响的另一个因素是木粉的添加量，随着木粉质量分数的增加，冲击强度不断下降，而拉伸强度在木粉质量分数为16.7% 的时候达到最小值，后逐渐增加，并趋于平稳。随着木粉用量的增加，复合材料的弯曲模量在木粉比例为16.7% 时，达到最小值，之后逐渐增加 ；弯曲强度逐渐降低，在木粉比例达到34% 时，有最小的弯曲强度，之后逐渐增加，并趋于平稳，达到58MPa。

冲击强度下降主要是由于木粉的数量增加导致冲击更容易引起瞬间破坏；而且，随着木粉用量的增加，一些木粉颗粒之间会交叉接触，阻止因外力作用而发生的形变。当木粉的质量分数较小时（16.7%），无法形成连续相，因此，木粉颗粒分散不均匀，呈“海岛状”，分散在塑料中，而且，木粉颗粒之间间距较大，不能相互制约，在外力的作用下，因木粉颗粒的存在，塑料相会形成银纹，而其受力屈服会受到阻碍。随着木粉数量的增加（66.7%），由于木粉自身密度较小，而体积较大，所以使得木粉颗粒之间的间距变小，而且木粉之间会互相接触、交叉，使得性能大大提高。

3 结论

随着技术的进步，人们对于材料的要求也在逐渐提高，渐渐开始不满足于原有的单一材料，因此，复合材料应运而生。本文主要研究了 PVC 木塑复合材料的成分以及对 PVC 木塑复合材料的性能进行了分析研究，得出如下相关结论：

1）木塑复合材料的性能和木粉的粒径以及种类有关。粒径为212μm 的杨木粉所制成的制品的性能不如粒径为150μm的杨木粉制品 ；当粒径相同，均为212μm 时，云杉木粉制品的性能要好于杨木粉制品的性能，因其表面有较多的裸露的细胞腔以及裸露纤维，使得两相界面能够更加充分地接触，因此，云杉木粉制品的强度较高。

2）随着木粉用量的增加，PVC 木塑复合材料的弯曲强度以及拉伸强度均有小幅度下降，之后提升，并最终趋于平稳，而其冲击强度随着木粉用量的增加则会下降。

[1] 钟鑫，薛平，丁筠 .改性木粉 /PVC 复合材料的性能研究 [J].中国塑料，2004，（3）：62-66.

Study on Formulation and Performance of PVC Wood-plastic Composites

Tang Wen-bin

With the development of science and technology，people’s requirements for materials are getting higher and higher，not satisf i ed with the original single material，therefore，PVC wood-plastic composite material came into being.PVC is the abbreviation of polyvinyl chloride，and wood-plastic composite material is the use of plant fi ber or wood fi ber to fi ll or enhance the thermoplastic material，while the characteristics of plastic box wood，in some ways can be used to replace wood or plastic.The main components of PVC wood-plastic composite materials and the performance of PVC wood-plastic composite materials were analyzed.

polyvinyl chloride ；wood-plastic composite material；performance analysis

TQ325.

：A

：1003–6490（2017）07–0079–02

2017–05–05

东莞市引进创新创业领军人才项目 ：导电炭黑对木粉 /PP复合材料抗静电及力学性能的影响（东人才办 [2015]1 号）。

唐文斌（1982—），男，广东东莞人，工程师，主要从事新产品开发与技术中心团队管理工作。