木塑復合材料的性能及其在建筑中的運用 復合材料 性能 建筑 木塑

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木塑復合材料的性能及其在建筑模板中的運用本文簡介：木塑復合材料顧名思義，是由木材和塑料復合形成的高分子復合材料。上世紀60年代，木塑復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用。其木質材料是由植物纖維構成，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：

木塑復合材料顧名思義，是由木材和塑料復合形成的高分子復合材料。上世紀60年代，木塑復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用。其木質材料是由植物纖維構成，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)保材料復合而成的木塑復合材料相比于傳統(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，使它們在復合材料中可以更好地發(fā)揮作用。

1木塑復合材料

1.1木塑復合材料的特點

木塑復合材料的主體組成材料是塑料和植物纖維，對于復合材料來說，主體材料的特性可以對復合材料產(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，從而導致廢棄的塑料越來越多，而將PP作為木塑復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木塑復合材料的制備

木塑復合材料是由塑料和植物纖維復合而成，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，完成復合。

2木塑復合材料的性能

木塑復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)生的界面化學鍵結合改善了相容性，從而進步木塑復合材料的性能【2】.

2.1稻殼粉用量對復合材料力學性能的影響

表1為兩種材料不同比例時復合材料的性能情況。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的質量比，這既保證了質量，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)劑對復合材料性能的影響

植物纖維本質上就是植物體內(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，假設膠、木質素等。次生壁那么是由纖維素大原纖構成，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)劑對復合材料進展改性處理，結果見表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增容劑對復合材料性能的影響

在復合過程中，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具有高結晶度，堅硬且耐熱，但也存在其他一些缺點，如質地較脆等。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，其質量好壞和這兩個指標有著很大的關系，而彈性模量尤其重要。木塑復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，所得試驗結果見表5.從表5可以看出，玻璃纖維增強木塑復合材料的綜合性能良好。

3木塑復合材料建筑模板的應用

3.1稻殼/PP建筑模板材料的制備方法

稻殼/PP木塑復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，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木塑復合材料進展熱循環(huán)加工試驗。在加工溫度180~185℃下，反復循環(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)化角度考慮木塑復合材料模板的消費，制定出以下流程方案：

3.2稻殼/PP復合材料建筑模板性能

研制的稻殼/PP木塑復合建筑模板材料〔普通型和增強型〕的性能測試結果見表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木塑復合建筑模板材料的主要力學性能指標均到達實驗的設計值要求，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結語

稻殼/PP木塑復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合建筑模板材料的研究與開發(fā)應用，為我國建筑模板行業(yè)的技術進步作奉獻。

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/聚丙烯復合材料構造與性能的研究[D].北京