稻壳粉在木塑产品中的应用
2010-05-28 18:44:58 阅读13 评论0 字号：大中小
摘要： 本文研究了稻壳粉在木塑复合材料中的应用，并且与单独使用木粉的木塑复合材料进行了加工性能和力学性能的比较。结果表明，使用木粉和稻壳粉等比例混合的木塑复合材料的加工性能、力学性能要优于单独使用木粉的木塑复合材料。
关键词：木塑复合材料、稻壳粉、木粉、流动性、力学性能
一、前言
木塑复合材料(WPC)是一种新型的绿色环保复合材料，是将聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)、丙烯腈/丁二烯/苯乙烯共聚物(ABS)、聚氯乙烯(PVC)等的回收料与加工处理过的废旧木材、锯末、木材枝杈、稻壳、农作物秸秆、花生壳等以一定比例，添加特制助剂，经高温高压处理后制成结构型材。它可以直接挤出或热压成制品，也可先制成型
材再装配成产品，如托盘或包装箱等。木塑新型复合材料具有许多优点：①耐酸碱、耐化学品、耐盐水性好；②可以在低温下使用；③耐紫外光；④不会腐烂、不会开裂或翘曲等；而且机械性能好、价格便宜、加工方便、可回收等特点。木塑复合材料98％的原料为废旧材料，可制成各种截面形状和尺寸的制品，而且使用维修简单，可锯、可刨、可钉，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、怕虫蛀腐蚀的缺点[1]。
二、稻壳粉在木塑产品中应用的优势
我国是水稻生产大国，水稻年产量位居世界前列，水稻生产的剩余物稻壳粉年产量为3561万t[2]。使用稻壳粉做为木塑复合材料的原料，不仅资源丰富，而且成份稳定。稻壳是纤维性材料，其纤维短小，平均长度只有0.3mm[2]，远低于木材的纤维长度。并且稻壳的外表面覆盖有光滑的、角质化的二氧化硅膜[3]，形成了一种非极性的表层结构。此种结构在生产木塑复合材料挤出过程中能起到一定的润滑作用，并且挤出的产品比木粉挤出的产品更密实，结构更紧密。
木塑复合材料(WPC)的机械性能不仅与基体树脂的性能有关，也与木粉的纤维长度有关。木粉的纤维长度越长，交织程度越高，则木塑复合材料的机械性能越高。鉴于稻壳的纤维短小，如果{bfb}采用稻壳粉生产木塑复合材料，很难得到高质量、高性能的产品。如果部分采用稻壳粉，部分采用木粉，则可以通过以较长纤维的木粉与较短纤维的稻壳粉混合，以弥补稻壳纤维短小的不足，开发出较高强度的
三、试验部分
1、试验原料
木粉：细度60目，普通的硬木（槐树、杨树等）
稻壳粉：细度60目
PE料：白色娃哈哈饮料瓶破碎挤出的粒子，融体指数为0.603g/min（190℃，2.16kg条件下数据）
硬脂酸(HSt，上海延安油脂厂)、白油（工业用15#）
聚乙烯蜡、硬脂酸锌：上海延安油脂厂
相溶剂：马来酸酐接枝聚丙烯，上海日之升新材料有限公司
其它材料（如滑石粉等）：市售
2、试验设备
混料设备：高速混合、冷却机组（张家港白熊机械厂）
造粒、挤出设备：锥形双螺杆挤出机（上海金纬挤出机公司）
检测设备：Brabender流变仪、融体流动速率仪（吉林大学科教仪器厂）、电子{wn}试验机（深圳市新三思计量技术有限公司）、简支梁冲击实验机（承德市金建检测仪器有限公司）
3、性能测试
拉伸性能：按GB/T1040-92在室温下进行测试，拉伸速度为5mm/min；冲击性能：试样为无缺口冲击，制得的样条经过24小时的时效处理后，按GB/T1043-93进行测试；加工流变性能：在Brabender扭矩流变仪上进行测试（取造好的粒子做流变试验），温度170℃，转子转速30r/min，加料量56g,流变承压力10kg。
4、工艺流程
木粉+稻壳粉 高速混合 PE粒料 高速混合 冷却造粒 挤出
硬脂酸、白油 各种助剂 切割 定型
四、结果与分析
试验中为了保证木粉、稻壳粉的干燥度，首先将木粉与稻壳粉在高速混合机中高速混合约15分钟，经过检测此时混合物的水分含量
木塑复合材料。在本次试验中，木粉与稻壳粉的比例为1：1。 在2.8%以下。由于试验中木粉与稻壳粉总的含量在60%以上，为了防止物料熔体强度的降低和木粉在料筒中因停留时间较长而烧焦，在配方中加入了一定量的润滑剂和相容剂。同时为了使木粉和稻壳粉在混合料中均匀分散和易于塑化，先用双螺杆挤出机将混合料挤出成型切成粒料，再通过双螺杆挤出机二次熔融塑化，连续挤出成型材。 1、木粉与稻壳粉等比例混合的木塑复合材料的流变性能 物料的成型一般都在熔融流动状态下进行，因此加工的物料要求有一定的流动性。流动性过小，挤出成型困难；流动性过大，则产生的挤出压力过小，制品强度不足且成型不完整。整个物料体系的流变性对挤出加工过程和制品的力学性能有着较大的影响。由于稻壳粉表面有一种非极性的二氧化硅膜表层结构，在挤出过程中能起到一定的润滑作用，因此试验料的流动性比单独使用木粉的木塑造粒料的流动性要好。表1列出了木粉与稻壳粉等比混合的木塑造粒料与单独使用木粉的木塑造粒料的流变特征参数。 表1：试验料与单独使用木粉的木塑造粒料的流变特征参数 平衡时间反映了物料熔化的快慢，即塑化时间的长短，平衡时间小，表明塑化时间短，容易塑化；平衡扭矩反映了熔融物料表观粘度的大小，即物料的流动性能，平衡扭矩小，表明流动性好[4]。由表1可以看出，使用木粉和稻壳粉等比例混合的木塑造粒料,其物料容易塑化且流动性好,容易成型加工；单独使用木粉的木塑造粒料,其物料塑化时间和平衡扭矩都比试验料大，表明其流动性和成型加工性不如木粉与稻壳粉等比混合的木塑造粒料。 2、使用木粉和稻壳粉等比例混合的木塑制品与单独使用木粉的木塑制品的物理力学性能比较 通过对试验挤出的木塑制品进行性能测试，以下四张图说明使用木粉和稻壳粉等比例混合的木塑复合材料的力学性能要略高于单独
