稻塑复合地板基体材料的性能研究

张军华 杨晓明*

（1、江苏肯帝亚木业有限公司,江苏 丹阳212000 2、陕西理工大学,陕西 汉中723000）

将稻秸秆粉、稻壳粉等加入到高密度聚乙烯中进行混合改性，是提高高密度聚乙烯材料某些性能、降低高密度聚乙烯材料成本的一个有效手段[1,2]，所制得的高密度聚乙烯稻塑复合材料可以作为地板的基体材料。稻壳中含有较多的纤维素、木质素、二氧化硅[3]，但稻壳粉与高密度聚乙烯材料之间的界面结合不佳，对高密度聚乙烯稻塑复合地板材料的强度造成影响。稻壳中的纤维素和木质素属于可燃物质，将稻壳粉填充到高密度聚乙烯中制作改性稻塑复合地板基体材料时，有必要对该稻塑复合地板基料进行阻燃的处理。本文对稻壳粉进行固相研磨法表面改性后添加到高密度聚乙烯中制得稻塑复合材料，对制得的高密度聚乙烯稻塑复合地板基体材料的耐热拉伸性能、硬度以及力学性能等进行了相关的测试和研究。

1 实验部分

1.1 实验原料

高密度聚乙烯：中国石油大庆石油化工总厂生产，其牌号为5000S；稻壳粉：市售；聚磷酸铵：市售；硅烷偶联剂KH-550：盖州恒达化工公司生产。

1.2 实验设备和仪器

塑料注射成型机：海天塑机有限公司生产，其型号是MA860/260G；电子天平：上海精密仪器公司生产，其型号是YP1002N；数显鼓风干燥箱：上海博讯实业公司生产，其型号是GZX-90761BE；冲击试验机：长春智能仪器设备公司生产，其型号是JJ-5.5；邵氏硬度计：乐清艾德堡仪器公司生产，其型号是LX-D。

1.3 样品的制备

1.3.1 稻壳粉的改性制备：将稻壳粉放置于鼓风干燥箱中在75 摄氏度下干燥3 小时，然后将干燥之后的稻壳粉、聚磷酸铵和KH-550 硅烷偶联剂分别按一定的重量配比称量后，加入到研磨机中固相研磨一段时间，得到改性的稻壳粉。

1.3.2 高密度聚乙烯稻塑复合地板材料的制备：将高密度聚乙烯、改性稻壳粉分别按一定的配方比例将材料称量后混合，再加入到螺杆挤出机中熔融共混，从挤出机的加料口到挤出机头的温度依次设定为200℃-210℃-220℃-220℃，熔融共混之后的挤出产物经过切粒、干燥后，再在塑料注射机中注塑成型制得性能测试用的样条。所得到的各组样条中高密度聚乙烯、稻壳粉和聚磷酸铵的重量配比如表1 所示，其中各组样条中硅烷偶联剂KH-550 的含量均为稻壳粉重量的2%。

表1 高密度聚乙烯稻塑复合地板材料的重量配比

1.4 测试与表征

1.4.1 阻燃性能测试：将试样规格为80mm×10mm×4mm 的样条一端水平固定，点燃另一端，测量样条燃烧完全的时间，并观察燃烧时的烟雾状况。

1.4.2 耐热拉伸测试：将待测试的样条放置在100℃的烘箱中，将样条的上端固定，样条的下端悬挂一个80g 的砝码，样条在烘箱的加热作用下缓慢变软而被拉长，测量样条被拉断的时间点和样条被拉断时被拉长的长度。样条规格为70mm×10mm×4mm。

1.4.3 冲击测试：采用冲击试验机对样条的冲击强度进行测试。冲击测试样条采用冲击缺口制样机制备缺口，其缺口的深度为2mm。

1.4.4 硬度测试：采用邵氏硬度计对试样的硬度进行测试。压针距离试样的边缘10mm，测相距6mm 的不同位置点，然后取其平均值。

2 结果与讨论

2.1 复合材料的燃烧性能

稻塑复合地板基体材料在作为建筑材料使用时，通常要求其具有阻燃的能力。本课题所制得的高密度聚乙烯稻塑复合地板材料的燃烧性能的测试结果见表2 所示。由表2 可知，随高密度聚乙烯稻塑复合地板材料中聚磷酸铵含量的增加，一定长度高密度聚乙烯稻塑复合地板材料试样燃烧完全的燃烧时间逐渐增长，即高密度聚乙烯稻塑复合地板材料随聚磷酸铵的含量增加，其燃烧速度逐渐减缓，这表明聚磷酸铵在高密度聚乙烯稻塑复合地板基材中起到了阻燃的作用。由表2 还可知，与聚磷酸铵含量较少的高密度聚乙烯稻塑复合地板基材相比，聚磷酸铵含量较多的高密度聚乙烯稻塑复合地板基材燃烧时产生的烟雾较多，这是由于聚磷酸铵阻碍燃烧导致的烟雾增多。

表2 高密度聚乙烯稻塑复合地板材料的燃烧性能

2.2 复合材料的耐热拉伸性能

稻塑复合地板基体材料制作的地板通常要求其具有一定的耐热性，尤其是在其作为铺装有地暖的地板使用时。高密度聚乙烯稻塑复合地板材料的耐热拉伸性能的测试结果见图1 所示。由图1 可知，随高密度聚乙烯稻塑复合地板基材中聚磷酸铵含量的增加，高密度聚乙烯稻塑复合地板材料试样在受热拉伸时的断裂伸长率先是增大而后减小。这可能是由于聚磷酸铵作为小分子有机物，在其含量较少时其对稻壳粉和高密度聚乙烯的界面结合有促进作用，更好地承受拉力，从而使高密度聚乙烯稻塑复合地板材料试样在受热拉伸时的断裂伸长率增加；而在聚磷酸铵的含量较多时，聚磷酸铵在高密度聚乙烯稻塑复合地板基材中相当于过多的小分子组分，从而降低了高密度聚乙烯稻塑复合地板基材的抗热拉伸性能。

图1 高密度聚乙烯稻塑复合地板材料的耐热拉伸性能测试结果

2.3 复合材料的硬度

稻塑复合地板基体材料制作的地板通常要求其具有较好的硬度。高密度聚乙烯稻塑复合地板基材硬度的测试结果如图2所示。由图2 可知，随着高密度聚乙烯稻塑复合地板基材中聚磷酸铵含量的增多，高密度聚乙烯稻塑复合地板基材试样的硬度先增大而后降低。这也归因于聚磷酸铵含量较少时其具能促使稻壳粉和高密度聚乙烯二者的界面能更好地结合紧密，从而使高密度聚乙烯稻塑复合地板基材的硬度会有所增加；而当聚磷酸铵的含量较多时，聚磷酸铵在高密度聚乙烯稻塑复合地板基材中相当于过多的小分子组分，使得高密度聚乙烯稻塑复合地板材料的硬度又有所降低。

图2 高密度聚乙烯稻塑复合地板材料的硬度测试结果

2.4 复合材料的冲击强度

稻塑复合地板基体材料制作的地板通常要求其具有较好的韧性，即能承受冲击力而不易断裂破坏。高密度聚乙烯稻塑复合地板材料的冲击强度测试的结果如图3 所示。由图3 可知，随着高密度聚乙烯稻塑复合地板基材中聚磷酸铵含量的增加，高密度聚乙烯稻塑复合地板基材试样的冲击强度先是增大而后降低。这也与聚磷酸铵含量较少时其对稻壳粉和高密度聚乙烯的界面结合的促进作用有关，稻塑复合材料内部界面结合更好时能使材料承受的冲击外力在内部更好更均匀地耗散，从而增加了高密度聚乙烯稻塑复合地板基材的韧性；而聚磷酸铵含量较多时聚磷酸铵在高密度聚乙烯稻塑复合地板材料中相当于过多的小分子组分，使复合材料承受冲击力的能力有所降低。

图3 高密度聚乙烯稻塑复合地板材料的冲击强度测试结果

3 结论

通过固相研磨法对稻壳粉进行了改性，采用熔融共混法制得了高密度聚乙烯稻塑复合地板基体材料。随着聚磷酸铵含量的增多，高密度聚乙烯稻塑复合地板材料燃烧速度逐渐减缓、燃烧时的烟雾增多。随着高密度聚乙烯稻塑复合地板基材中聚磷酸铵含量的增多，高密度聚乙烯稻塑复合地板基材在受热拉伸时的断裂伸长率以及硬度和韧性均是先增大而后降低的，表明聚磷酸铵含量较少时其对稻壳粉和高密度聚乙烯的界面结合有促进作用，而过多含量的聚磷酸铵则对高密度聚乙烯稻塑复合地板基材的力学性能带来不利。