為了制備高強度的木塑復(fù)合材料（WPC）,本研究以山楂核為增強體、以線型低密度聚乙烯（LLDPE）、高密度聚乙烯（HDPE）、超高分子量聚乙烯（UHMWPE）三種不同的聚乙烯（PE）為基體,采用注塑成型的方法制備三種WPC（HLC、HHC、HUC）。并利用電子萬能力學(xué)試驗機、動態(tài)熱機械分析儀（DMA）、差式掃描量熱儀（DSC）、同步熱分析儀（STA）對三種WPC進行力學(xué)性能與熱性能的表征分析。實驗結(jié)果表明:山楂核/HDPE復(fù)合材料（HHC）的力學(xué)性能最好,彎曲強度可達47.24 MPa,拉伸強度可達38.44 MPa,儲能模量可達2 631.2 MPa;山楂核的加入有利于PE基體的熔融穩(wěn)定性與早期結(jié)晶,但是會降低PE基體的熱穩(wěn)定性。該研究可為制備高強度的WPC提供有益的借鑒經(jīng)驗。 

【文章來源】：塑料科技. 2020,48(05)北大核心

【文章頁數(shù)】：6 頁

【部分圖文】：

三種WPC的儲能模量與損耗因子

圖2為LLDPE、HDPE、UHMWPE三種PE基體及三種WPC(HLC、HHC、HUC)的動態(tài)力學(xué)性能對比。儲能模量反映了材料黏彈性中的彈性成分，可用于表征材料剛性大小。由圖2a可知，無論是基體還是WPC，其儲能模量隨著溫度的升高整體呈現(xiàn)下降趨勢，這是熱塑性材料隨溫度變化的基本特征。由圖2還可以看出，三種WPC的儲能模量均高于其基體本身，其中HLC的儲能模量高達2 193.5 MPa，提高了85%,HHC的儲能模量高達2 631.2 MPa，提高了49%,HUC的儲能模量高達2 508.1 MPa，提高了108%，說明作為增強體的山楂核有效增加了LLDPE、HDPE、UHMWPE的剛性，山楂核的加入起到了明顯的增強作用，這主要是山楂核顆粒大大限制了PE基體分子的運動所致，這一點與靜態(tài)力學(xué)性能的變化吻合。而損耗因子是損耗模量與儲能模量的比值，可用于表征材料的韌性，損耗因子越大，韌性越大，脆性就越小。由圖2b可知，三種基體的韌性大小為：LLDPE>HDPE>UHMWPE，這主要與其本身的性質(zhì)有關(guān)。此外，山楂核的加入對材料的韌性同樣產(chǎn)生了重要的影響，HLC的韌性小于LLDPE,HHC的韌性小于HDPE,HUC的韌性小于UHMWPE，這說明山楂核的加入不僅增加了PE基體的剛性，也大大增加了其脆性。材料的韌性主要歸因于PE基體，一方面山楂核的加入意味著PE基體本身的含量減少，分子鏈的彈性也會降低，另一方面山楂核的加入阻礙了PE基體的分子運動，嚴重影響了材料的阻尼行為，這是山楂核不利于材料韌性的主要原因[28]。綜合分析材料的儲能模量與損耗因子，盡管山楂核的加入不利于材料的韌性，但是山楂核可以有效提高材料的剛性，其中HHC的剛性最強，儲能模量高達2 631.2 MPa。圖2 三種WPC的儲能模量與損耗因子

圖4為LLDPE、HDPE、UHMWPE、HLC、HHC、HUC以及山楂核的熱重分析對比。由圖4可知，LLDPE、HDPE、UHMWPE三者的熱失重(TG)曲線與微分熱重(DTG)曲線基本重合，且熱解過程較為簡單，大約在450℃開始，在500℃后趨于穩(wěn)定。而山楂核由于含有大量的纖維素、半纖維素以及木質(zhì)素，其熱失重過程較為復(fù)雜，可分為四個階段：第一階段大約在100℃開始，屬于干燥階段，此階段主要是山楂核的失水過程；第二階段大約在100～200℃，屬于預(yù)熱階段，熱分析曲線基本沒有發(fā)生變化；第三階段大約在200～400℃，屬于主熱解階段，在這一階段的DTG曲線上出現(xiàn)了兩個明顯的失重峰，分別在300℃與360℃，這兩個失重峰分別對應(yīng)于半纖維與纖維素的熱解揮發(fā)，因此在本階段山楂核的質(zhì)量損失最大；第四階段發(fā)生在400℃以后，屬于炭化階段，這一階段主要發(fā)生木質(zhì)素的炭化并最終形成生物炭。而HLC、HHC、HUC三種WPC的熱分析曲線，與LLDPE、HDPE、UHMWPE、山楂核的熱分析曲線有著明顯的差別，說明山楂核的加入對三種PE基體的熱失重過程產(chǎn)生了重要的影響。HLC、HHC、HUC三種WPC開始熱解的溫度大約在200℃，與山楂核基本類似，要明顯低于三種PE基體的450℃，這說明山楂核的加入降低了PE基體的熱穩(wěn)定性[30]。由圖4還可以知道，HLC、HHC、HUC三種WPC的熱穩(wěn)定性也不相同，HUC的熱穩(wěn)定性最好，其次是HHC，最后是HLC。2.3 山楂核及三種WPC的微觀結(jié)構(gòu)分析

【參考文獻】：
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