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木塑地板

木塑地板的性能怎么样,有哪些影响?

用户投稿2022-05-03木塑地板75
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1测试部分

1. 1主要原材料

中国石油化工集团公司齐鲁分公司PVC树脂S-700;杭州海鸿精细化工有限公司ADC发泡剂AC3000;淄博华兴助剂有限公司ACR ZB-530钙锌复合稳定剂,R8965,德国BAERLOCHER GMBH;木粉等助剂,市面上有售。

1.2主要仪器设备

srL-Z型PVC专用搅拌机组张家港万素机械有限公司德国Brabender单螺杆挤出机;微机控制电子万能试验机WPW-20C,上海华龙测试仪器有限公司德国徕卡DMLT显微镜;密度计,DH100,东洋精机有限公司热重力仪,2950,TA公司,美国

1.3测试方法

①拉伸强度和断裂伸长率按GB/T 1040-2006《塑料拉伸性能的测定》进行试验,拉伸速度为20mm/min。②冲击强度按GB/T 1043-2008《塑料简支梁冲击性能测定》进行检测。③弯曲强度按GB/T 9341-2000《塑料弯曲性能测定》检测。(4)密度按GB/T 1033-2008《塑料非泡沫塑料密度测定》检测。⑤热重分析(TGA):直接将试样放入燃烧室,通过N2进行测试,由仪器绘制试样的质量损失曲线。显微镜观察:将样品直接置于载玻片上观察。

2结果与讨论

2.1木粉的热重分析

木粉是PVC木塑发泡材料的重要组成部分,它不仅可以降低成本,还可以大大提高产品的刚度和模量,提高产品的尺寸稳定性,使发泡产品具有木材的特性。如果木粉含水量过高或性质不稳定,则材料孔隙结构差,孔隙分布不均匀,表面有水痕迹,木粉分解会产生烟,表面不光滑。

热重分析(TGA)可以预测木材粉中水分和纤维中挥发物对材料的影响。研究了4种木粉填料,其中1#、2#为木纤维粉,3#为竹粉,4#为稻壳粉。热重分析曲线如图1所示。





图1 4种木粉的热重分析曲线

由图1可以看出,当温度上升到90℃时,四种木粉的质量保留率相似,都在96%左右,即木粉的质量含水率在4%左右。当温度进一步升高到200℃左右时,木粉的保质率基本没有变化,木粉的性能非常稳定,这个温度正是PVC木塑发泡所需要的温度。当温度升高到200 ~ 300℃时,4种木粉的质量保存率依次为3#> 1#> 2#> 4#(质量保存率越低,木粉中的结合水越容易流失)。当温度升高到620℃时,4种木粉的质量保有量顺序为1#> 3# > 4# > 2#。其中,1#木粉残渣为填料滑石粉,3#木粉残渣为填料超细碳酸钙。从图1:1也可以看出,#木粉的填充量最大,约为30%;2#木粉的残留量仅为2.2%,说明2#木粉基本不含无机填料。

2.2木粉粒径对PVC木塑泡沫材料性能的影响

木粉的粒径对PVC木塑泡沫材料的性能有重要影响。当木粉粒径较大时,木粉与PVC树脂的结合较差,会降低材料的机械性能,加工设备磨损严重。

四种木粉的显微镜照片如图2所示。从图2可以看出,粒径为117和140 μm的木粉呈纤维状,而粒径为173 μm的木粉呈不规则状。木粉粒径对PVC木塑泡沫材料性能的影响见表1。





1#,117μm( 120 目)



2#,117μm( 120 目)



3#,117μm( 100 目)



4#,117μm( 80 目)

图2 4 种木粉的显微镜照片




由表1可以看出,木粉粒径较小的PVC木塑泡沫材料具有较好的力学性能。这是因为颗粒尺寸小的木粉是纤维状的,可以在复合材料中起到纤维增强的作用,增加复合材料两相的界面面积,有利于冲击能量的吸收。当木粉粒径较大时,不利于气泡结构的形成,影响发泡材料的均匀性,从而降低复合材料的力学性能。1#和2#木纤维粉的粒径为117 μm,但1#木纤维粉的力学性能低于2#木纤维粉(添加30%左右的无机填料)。

2. 3木粉预处理对PVC木塑泡沫材料性能的影响

木质纤维素大分子重复单元的每个碱基环上都有3个羟基。这些羟基形成分子内或分子间氢键,使木材纤维具有很强的吸水性,吸水率可达8% ~12%。而热塑性塑料大多是非极性的、疏水性的,因此热塑性塑料与木材纤维的相容性很差。改善界面相容性是提高木粉和聚氯乙烯树脂之间的界面粘结,所以它有一定的化学键,范德华力和其他交互,以木材纤维和聚氯乙烯树脂之间转移压力,增强改性复合材料的性能。

2. 3.1干燥

由图1可以看出,木粉中游离水含量约为4%(质量分数),使用过程中需要干燥。干燥时间与木粉含水量(干燥温度80℃)的关系如图3所示。

图3干燥时间与木粉含水量的关系




从图3可以看到,木粉的含水量逐渐减少与干燥时间的延长,6 h后含水量变化不大。当木粉的水分含量低于0.5%,它对产品的性能没有影响。考虑到生产效率和干燥过程中的能耗,确定干燥时间为6 h。

2. 修改3.2耦合

为了提高木粉与PVC树脂的相容性,经常对木粉进行表面处理,主要方法有偶联剂法、接枝共聚法、碱金属溶液处理法等。采用偶联剂法选择了四种偶联剂。

1#偶联剂为硬脂酸酯偶联剂,2#偶联剂为钛酸酯偶联剂。使用两种偶联剂时,木粉表面处理工艺如下:将木粉和偶联剂加入搅拌单元,搅拌加热至100℃,然后冷却。3#偶联剂和4#偶联剂为硅烷偶联剂。木粉的表面处理工艺为:先将偶联剂与乙醇稀释,放置24 h进行醇解,然后加入木粉中搅拌,在搅拌装置中加热至80℃,使乙醇充分挥发冷却。

4种偶联剂(木粉用量1%)对PVC/木塑泡沫材料力学性能的影响见表2。从图3可看的出:随烘干时间延长,木粉的水含量逐渐降低,且6 h后水含量变化很小。木粉含水质量分数低于0。5%时,对制品的性能影响不大,考虑到生产效率及烘干时的能耗,确定烘干时间为6 h。

2. 3.2 偶联改性

为了提高木粉和PVC树脂的相容性,常对木粉表面进行处理,主要方法有偶联剂法、接枝共聚法,碱金属溶液处理法等。笔者采用偶联剂法, 选取了4 种偶联剂进行试验。

1# 偶联剂为硬脂酸酯类偶联剂, 2# 偶联剂为钛酸酯类偶联剂。采用这2种偶联剂时木粉表面处理工艺为:把木粉和偶联剂加入混合机组,搅拌升温到100℃,冷却即可。3 #偶联剂和4 #偶联剂为硅烷类偶联剂,其木粉表面处理工艺为:先用乙醇将偶联剂稀释,放置24小时使其醇解,然后将其加入到木粉中,在混合机组中搅拌升温至80℃使乙醇充分挥发,冷却。

4种偶联剂(用量为木粉质量的1%)对PVC /木塑发泡材料力学性能的影响见表2。




试验中发现: 使用经过1# 偶联剂和2# 偶联剂处理的木粉在挤出发泡时,挤出机背压较低, 制品发泡不好且表面较粗糙; 使用经过3# 偶联剂和4# 偶联剂处理后的木粉所得制品表面光滑, 发泡性能较好。从表2可看出: 采用4# 偶联剂处理的木粉所得制品力学性能最好。

2. 4 木粉用量对发泡性能的影响

由于木粉在PVC 树脂中的分散性较差, 对体系的黏度( 流动性) 影响较大, 从而影响发泡工艺及发泡性能。木粉用量与PVC/木塑发泡材料密度之间的关系如图4 所示。




图4木粉掺量与PVC/木塑发泡材料密度的关系

从图4可以看出,当ADC发泡剂的添加量一定时,随着木粉添加量的增加,PVC/木塑发泡材料的密度增大,说明材料的发泡效果变差。这是由于木粉用量过多时,体系的熔体强度降低,分散不良导致木粉聚集,发泡不足使细胞结构恶化,增加材料密度。

3结论

(1)四种木粉的含水率均在4%左右,在100-200℃的温度范围内,木粉的性能稳定。

(2)粒径为117 μm的木粉比粒径为173 μm的木粉对PVC/木塑泡沫材料的增强作用更明显。

(3)不同偶联剂的改性效果差异较大,其中硅烷偶联剂的改性效果较好,样品的综合性能较好。

(4) PVC/木塑发泡材料的密度随着木粉掺量的增加而增加,发泡效果变差。

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