两种改性方法对桉木单板/聚乙烯膜复合材料力学性能影响的对比研究

摘 要：为了使塑料缩水表面与单板亲水表面可以更好地进行结合，在进行制备时，本研究以聚乙烯薄膜为主要材料，科学分析对其进行不同处理时界面性能产生的影响，并以此为依据，对该材料制造工艺进行优化。在进行热处理时，温度以140 ℃为宜，进行1 h的处理，当碱浓度达到30%时，复合材料可以充分地发挥力学性能。通过热碱两种方式进行处理，复合材料的界面性能可以有效提高。

关键词：聚乙烯;复合材料;改性方法;热学性能

中图分类号：TB33文献标识码：A文章编号：1003-5168（2020）05-0137-03

Abstract： In order to better combine the plastic shrinkage surface with the hydrophilic surface of the veneer， in the preparation， polyethylene film was used as the main material in this study， and the influence of the interface properties on its different treatment was scientifically analyzed， and based on this， optimized the material manufacturing process. In the heat treatment， the temperature is preferably 140 ℃， and the treatment is performed for 1 hour. When the alkali concentration reaches 30%， the composite material can fully exert mechanical properties. The interfacial properties of composite materials can be effectively improved by two methods of hot alkali treatment.

Keywords： polyethylene;composite materials;modification methods;thermal properties

1 材料与方法

1.1 材料

所有桉木单板均在同一种植园选购，含有相同的水分，高密度聚乙烯薄膜购于某塑料公司，厚度以0.06 cm为宜，单层面密度相同，氢氧化钠粉末购于正规化工厂。

1.2 单板热处理

单板热处理时需要在统一的实验室烘箱中进行，具体处理工艺如表1所示。在进行热处理时，处理温度与处理时间会分别进行调整，由此生成不同的处理组，当进行热处理后，单板需要在自然环境下逐渐冷却，使其可以与室温相统一。

1.3 单板碱处理

在进行碱处理时，要保持稳定的室温，将单板浸入氢氧化钠溶液中，具体如表2所示[1]。在进行碱处理时，对碱浓度与处理时间进行针对性的调整，会生成多个处理组，当碱处理结束后需要对单板进行全面的清洗，使氢氧化钠可以完全清除，并在室温下放置4h，最后进行100 ℃以上的4 h烘干[2]。

1.4 复合材料制备

在进行材料制备时，以三块单板组成板坯。不同单板之间保持相同的距离和方向，以垂直状态分布，每两个单板之间加入两层聚乙烯薄膜作为胶粘剂，每次施胶量相同，使复合材料在固定温度下可以进行5 min的热压，并对压力进行控制，最后在室温下进行5 min的冷却，提高压力值[3]。

1.5 复合材料力学性能检测

以相关标准对复合材料强度、弹性模量等进行全面的测定，静曲强度弹性模量采用三点弯曲进行试验[4]。对强度进行测试之前，要在清水中浸泡复合材料。在对力学性能进行测定时，使用专门的器材开展试验，并对试验结果进行反复的检测。

2 结果与分析

2.1 热处理对复合材料力学性能的影响

2.1.1 静曲强度。如表3所示，在对静曲强度进行研究后发现，经处理后的组别静曲强度均比没有进行处理的组别的强度更大。

当处理温度不断变化时，平均静曲强度也会随之发生改变，当处理温度保持在100～160 ℃时，其平均静曲强度值保持在53～64 MPa。当温度处于100～120 ℃或者不断升高时，其平均静曲强度并没有与处理组产生较大的差异，最高平均静曲强度为温度120 ℃时的64.31 MPa，比未处理组高出一半[5]。

当处理时间为0.5～2.0 h时，其平均静曲强度保持在56.29～60.77 MPa，0.5 h、1.0 h和1.5 h三个试验组平均强度并没有与被处理对象存在明显差异，0.5 h试验组的平均强度最高，与未处理组存在较大的差异[6]。

在对变异系数进行科学分析后，人们可以发现，处理温度对处理效果产生直接影响，在所有处理组中，H7组静曲强度最高，比未处理组高出至少65%。

2.1.2 弹性模量。除个别组以外，经过处理后的弹性模量均比未处理之前高，处理组平均弹性模量明显高于未处理组。当处理温度保持在100～160 ℃时，平均弹性模量大于8 GPa[7]。当温度保持在100～120 ℃时，其平均弹性模量并没有超过未处理组;当温度为120 ℃时，其产生的弹性模量最高，比未处理组高出至少30%。当处理时间为0.2～2 h时，其平均弹性模量较为稳定，变异系数为8.22%;当处理时间为0.5 h、1.0 h时，弹性模量与对照组高。其中，0.5 h試验组产生的弹性模量最高，与对照组差异明显[8]。

通过变异系数分析可以看出，处理时间直接影响弹性模量，而处理温度对弹性模量的影响较小，在所有处理组中，H9组弹性模量最高，比对照组高出至少一半。

2.1.3 胶合强度。以相关标准为依据，对复合材料胶合强度进行科学检测。从检测结果可以看出，处理后的胶合强度明显高于未处理组别。除个别组以外，其他组处理后的平均强度更高，与对照组存在明显的差异[9]。

从变异系数分析结果来看，处理温度对胶合强度的影响最大，而处理时间对胶合强度的影响较小。在所有处理组中，H10和H12组的胶合强度最高，与对照组存在明显的差异。

2.1.4 热处理对复合材料力学性能的影响。对桉木单板/聚乙烯薄膜复合材料进行热处理，可以改善材料力学性能。热处理可以使单板表面更加干燥，降低水分，增强其与聚乙烯薄膜的结合性，使复合材料具有极强的黏合力，提高单板表面粗糙度，使单反表面与聚乙烯材料更好融合，增强复合材料的粘结性能。正确进行热处理，可以改变木材力学性能，提高弹性模量，使复合材料充分发挥作用。在本研究中，经过热处理，其在胶合强度、弹性模量等方面均比未处理组好。但是，热处理也会产生不利影响。例如，经过热处理，细胞壁被快速降解，细胞结构发生不同程度的变化，使木材的力学性能逐渐降低，影响桉木单板/聚乙烯薄膜复合材料的力学性能。本研究中，当处理时间为1.5 h时，静曲强度、弹性模量等会因为温度的升高而逐渐下降。

热处理可以对复合材料产生双重影响，这种影响会互相作用。人们要合理控制处理温度和处理时间，保证热处理效果最佳。

2.1.5 热处理最适条件的确定。研究发现，不同组别的处理组弹性模量会发生一定变化，如果胶合强度无法满足处理需要，就不是最合理的热处理条件，在H9和H10组中，其平均变化率比其他组别差异大，但H10的胶合强度变化率比H9好。因此，H9可以确定为最佳热处理条件。

本研究所进行的热处理与其他学者进行的热处理试验具有明显的差异。其他学者在高温下对杨木单板进行处理，制备胶合板，经过热处理，胶合板的胶合强度明显提升。但是，温度过高，静曲强度与弹性模量反而降低，最终胶合板力学性能。

2.2 碱处理对复合材料力学性能的影响

2.2.1 静曲强度。处理组平均静曲强度比未处理组高。当碱浓度保持在3%～11%时，其平均静曲强度稳定，3%处理组、7%处理组的平均静曲强度比未处理组高，其中，3%处理组的平均静曲强度最高，与未处理组有明显的差异。

2.2.2 弹性模量。方差分析结果表明，处理时间对静曲强度的影响最大，在所有处理组中，A3组平均静曲强度最高。弹性模量分析表明，当处于不同碱浓度时，其平均弹性模量会发生变化，经过处理后，其弹性模量明显高于未处理组。从变异系数分析结果可以看出，处理时间直接影响弹性模量，在所有处理组中，A3组的弹性模量最高。

2.2.3 胶合强度。变异系数分析结果表明，碱浓度对胶合强度的影响更大，处理时间对胶合强度的影响较小，在所有处理组中，A5组的胶合强度最佳。

2.2.4 碱处理对木材与复合材料的影响。碱处理直接影响材料物理性能，经碱处理，复合材料的亲水半纤维素会逐渐减少，使单板表面清水性逐渐降低，更好地与聚乙烯薄膜相融，逐渐提高复合材料的界面结合力，单板表面粗糙，与聚乙烯薄膜发生亲密接触。科学的碱处理可以提高木材力学性能，使其更好地与复合材料融合。在研究中，经过碱处理，处理组的静曲强度、弹性模量等均比对照组优异。

试验结果表明，碱处理可以对桉木单板/聚乙烯膜复合材料产生双重影响，碱浓度和处理时间是保证处理效果的关键。碱处理可以改善胶合板复合材料性能，如静曲强度、弹性模量等。

2.2.5 碱处理最适条件的确定。在不同组别中，胶合强度的变化率均为负，因此这些组别都不可以作为碱处理的最适宜条件。A2和A3平均变化率比其他组别高，但A2胶合强度变化较小，因此A3可以作为碱处理的最佳条件。

3 结论

在对桉木单板/聚乙烯膜复合材料进行处理时，热处理和碱处理均可以发挥作用，改善复合材料力学性能。其中，热处理可以提高复合材料胶合强度，而碱处理可以提升复合材料的静曲强度和弹性模量。热处理结果表明，H7组和H9组的静曲强度、弹性模量均比未处理组高，最佳处理条件为H10组。碱处理结果表明，A3和A5组的静曲强度、弹性模量等最佳，比未处理组高，A3组可以作为碱处理的最佳条件。

参考文献：

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