白炭黑增强改性木塑复合材料的研究文献综述

 2022-07-17 04:07

文献综述

题目:白炭黑增强改性木塑复合材料的研究

1 研究目的及意义

木塑复合材料(WPC,Wood Plastic Composites)是一种新兴的环境友好型材料。它的商业应用始于20世纪50年代中期。由于木材、石油等资源的日益紧张,“以塑代木”受到社会的极大关注。从90年代开始,木塑材料得到了飞速的发展。相比传统材料,木塑制品具有独特的优势:无木材制品的缺陷(木节疤、斜纹理、腐朽等)、有类似木质的外观,比塑料的硬度高、优良的成型加工以及耐候性等。

当在木塑复合材料中加入高填充量的木质纤维后,成本会降低很多,但材料的强度也会下降很多,因此可以尝试选用白炭黑作为木塑复合材料的增强填料。白炭黑是一种白色粉末状无定形水合二氧化硅,具有高比表面积、高结构、高活性的特点,因其具有特殊的表面结构和颗粒形态结构以及独特的物理化学特性,应用领域广泛,是一种重要的补强填充剂,表面活性和补强性能比其它无机浅色填料(如碳酸钙、陶土、高岭土、云母等)更优异。目前我国白炭黑年产量已达50万吨以上,大部分用于橡胶的补强,而在塑料中的应用研究不多。选用白炭黑作为木塑复合材料性能的改性剂,以制得成本低和性能高的木塑复合材料,具有较好的社会效益和经济效益。

2 木塑复合材料的发展历史

为了有效缓解资源匮乏的问题,使得木材工业越来越迫切寻找木材的替代品。在木材加工中,大量的边角余料没有被充分利用,与此同时,大量日常生活中产生的废弃塑料在自然环境中长期难以分解,造成了严重的“白色污染”。在这样的背景下,木塑复合材料应运而生,它兼具木材和塑料二者的优点,同时能充分利用废弃的木材和塑料,不仅可以实现变废为宝,同时可以减少材料废弃或燃烧所带来的环境污染[1]

WPC的生产可以追溯到20世纪初期,兴起于欧洲,后在北美获得巨大成功。早在1907年LeoH.Bend博士就利用热固性酚醛树脂与木粉复合制成木塑复合材料,当时被称为Bakelite,但由于科学发展水平和技术条件的限制,最早使用的纤维主要是尺寸较长的韧皮类纤维,如亚麻、黄麻等,其产品有飞边、毛刺等缺点,因而应用受到限制。1916年,这种材料被Rolls Royce 公司用来制造变速杆的把手,从此开辟了木塑复合材料的商业市场。此后的几十年一直使用热固性塑料制造木塑复合材料,用以黏结植物材料。从20世纪60年代起,人们采用乙烯基单体或含有碳碳双键的预聚物浸注处理实体木材,然后采用高能射线或自由基引发剂引发聚合物,形成高性能的木塑复合材料,通常称其为塑合木。20世纪80年代以后,人们开始对塑料填充改性技术进行研究,日本、印度、欧美等国家和地区尤为活跃。尽管如此,这期间的塑料也仅有20-30%使用填料,用木质纤维填料增强的树脂大约仅为塑料消耗量的5%。到了20世纪90年代,植物纤维/热塑性塑料成了木塑复合材料的首选替代品,其产品也进入到实际应用阶段,主要用于制作托盘和包装箱等[2]

木塑复合材料具有不开裂、不翘曲、维修容易、外观好和耐用等特性。现今除用于铺板外,还可应用于护墙板、天花板、装饰板、踏脚板、壁板、高速公路噪音隔板、海边铺地板、建筑模板、防潮板,另外也可做装饰边框、栅栏和庭园扶手、包装用垫板和组合托盘;在家具中的应用包括室外露天桌椅、船舶坐舱隔板、办公室隔板、贮存箱、花箱、活动架等;开发中的制品有折叠板、百页窗等。木塑制品席卷市场,也在不断替代塑料制品,就如同以前塑料制品替代木制品[3]

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