摘 要

木塑复合材料（Wood-Plastic Composites, WPC）是以木粉、竹粉、稻杆粉等植物纤维和热塑性塑料（如PE、PP、PVC等）为主要原料，并加入适量添加剂如增韧剂、增强剂、偶联剂等进行共混，用挤出成型、注塑成型等方法制成具有木材特性的复合材料。WPC既保留了木材在加工性能方面的优势，又克服了木材不耐用的缺陷，其产品主要用作木材的替代品。它废弃后能重新利用，具有可回收、原料丰富且廉价等优点，可减少环境污染，保护森林资源。但是，使用植物纤维和塑料共混制成的复合材料具有较差的韧性和力学强度，限制了木塑复合材料在应用领域上的扩展。因此，提高木塑复合材料的力学强度，尤其是冲击强度一直是研究的重点之一。

本实验主要研究不同比例的增韧剂POE、增强剂白炭黑对HDPE基木塑复合材料性能的影响。

（1）加入增韧剂POE使复合材料冲击强度增加，但拉伸强度和弯曲强度降低；

（2）加入增强剂白炭黑使复合材料拉伸强度和弯曲强度增加；

（3）在含有相同含量POE的配方中加入白炭黑会使复合材料冲击强度降低；

（4）加入增韧剂POE会使复合材料接触角变大。

关键词：木塑复合材料；聚烯烃弹性体（POE）；白炭黑；力学性能

Application of Thermoplastic Elastomer in Toughening Modification of Wood Plastic Composites

ABSTRACT

Wood plastic composite (Wood-Plastic Composites, WPC) are mainly made of thermoplastic (PP, PE, PVC etc.) and plant fiber such as wood flour, bamboo flour, rice stalk flour. And blend with appropriate additives such as toughening agent, reinforcing agent, coupling agent, etc., using extrusion molding, injection molding or other methods crank out the composite material with wood characteristics. It not only retains the advantages of wood in processing performance, but also overcomes the defect of wood being not durable. Its products are mainly used as substitutes for wood. It can be reused after being discarded, and has the advantages of being recyclable, rich in raw materials, low in cost, etc., and can reduce environmental pollution and protect forest resources. However, the composites made by blending plant fibers and plastics have poor toughness and strength, which limits the application range of wood-plastic composites. Therefore, improving the mechanical properties of wood-plastic composites, especially the impact strength, has always been one of the research focuses.

In this experiment, we have studied the effects of different proportions of toughening agent POE and reinforcing agent fumed silica on the properties of HDPE/ wood-plastic composites were mainly studied.

(1) The impact strength of composites increases with the addition of toughening agent POE, but the tensile strength and flexural strength decrease.

(2) Tensile strength and flexural strength of composites increased by adding reinforcing agent silica.

(3) The impact strength of composites decreases when silica is added to the same content of POE.

(4) The contact angle of composites increases with the addition of toughening agent POE.

Key words：Wood plastic composite; Polyolefin elastomer (POE); Silica; mechanical property

目 录

1 绪论 1

1.1 国内外木塑复合材料的发展历史 1

1.2 国内外研究概况 1

1.2.1 增韧改性的研究 1

1.2.2 TPE在WPC增韧改性中的应用 2

1.3 本课题研究的内容、目的和意义 5

1.3.1 本课题研究的目的和意义 5

1.3.2 本课题研究的内容 5

2 木塑复合材料的制备与增强改性的研究 6

2.1 实验材料 6

2.1.1 材料与试剂 6

2.1.2 主要仪器 6

2.2 实验步骤 6

2.2.1 木粉的预处理 7

2.2.2 HDPE基木塑复合材料的挤出成型 7

2.2.3 HDPE基木塑复合材料的注塑成型 7

2.3 木塑复合材料的性能测试 8

2.3.1 拉伸性能的测试 8

2.3.2 弯曲性能的测试 9

2.3.3 冲击性能的测试 10

2.3.4 接触角的测试 10

2.4 结果与讨论 11

2.4.1 添加剂对拉伸强度的影响 11

2.4.2 添加剂对弯曲强度的影响 13

2.4.3 添加剂对冲击强度的影响 15

2.4.4 白炭黑对试样力学性能的影响 17

2.4.5 POE对试样接触角的影响 19

结 论 21

致 谢 22

参考文献 23

绪论

1.1 国内外木塑复合材料的发展历史

二战时期就已经出现了将木粉作为填料与塑料复合而成的木塑复合材料。但是由于木材纤维表面具有很多的羟基、羧基等极性基团，与表面具有非极性基团的塑料的相容性差，所以导致木塑复合材料的界面结合性能较差。因此，改善复合材料的界面相容性成为了人们研究的主要方向之一。1963年，Bridge ford发明了一种含有铁阳离子和过氧化氢的催化反应系统，将不饱和的单体接枝到木材纤维上，从而提高了木材纤维与塑料的相容性。1972年，Gaylord利用马来酸酐对木材纤维和聚乙烯（PE）的复合进行了研究，并申请了专利。偶联剂的发展改善了木材纤维和塑料的界面特性，同时复合材料的力学性能也在一定程度上得到了提升^[1,2]。

木塑复合材料的商业应用始于20世纪50年代中期，到70年代，WPC作为一种现代概念在意大利重新兴起。到90年代，WPC在美国和加拿大等国家迅速流行起来，进入了快速发展时期。从21世纪开始，WPC生产技术被引入到包括中国在内的多个国家 ^[3,4]。