麥秸粉粒徑對微發(fā)泡木塑復合材性能的影響

高振棠

( 濟寧市技師學院，山東 濟寧 272000)

摘要: 采用擠出成型方式制備麥秸 / 聚乙烯微孔發(fā)泡復合材料菲盾，研究麥秸粉不同粒徑( 40 ～ 60 目颓影、60 ～ 80 目、80 ～ 120 目) 對 復合材料密度懒鉴、彎曲強度诡挂、拉伸強度、沖擊強度的影響并通過掃描電鏡觀察泡孔結構临谱。結果表明: 隨著麥秸粉粒徑的減小璃俗， 復合材料的彎曲強度和拉伸強度增加，沖擊強度悉默、密度呈先增加后降低趨勢城豁，泡孔結構由疏到密、由大到小抄课。

關鍵詞: 麥秸粒徑; 力學性能; 微孔發(fā)泡; 泡孔結構

微孔發(fā)泡木塑復合型材是以熱塑性塑料為基體唱星，木屑或植物纖維作為主要填充料，表面結皮跟磨、芯層發(fā) 泡的一種低發(fā)泡擠出制品间聊，是木塑復合材料新的發(fā)展方向［1］。小麥為北方大量種植的糧食作物抵拘，麥秸為 其廢棄物哎榴，麥秸的化學成分包括 40. 40% 的纖維素、25. 56% 的半纖維素僵蛛、22. 34% 的木質素及其他成分尚蝌。 其中纖維素呈纖維狀，半纖維素是分子量較小的親水性物質墩瞳，在纖維中呈粉末狀驼壶，吸水性能比纖維素高得 多，而木質素呈球形或塊狀喉酌、有親水性［2］热凹。由于麥秸粉由機械粉碎而成，不同粒徑的麥秸粉具有不同的表 面粗糙度和長徑比泪电。麥秸粉的粒徑越大般妙，其表面的粗糙度越大，徐加友［3］研究發(fā)現(xiàn)較大表面粗糙度有助 于形成較深界面層及機械互鎖相速，從而提高復合材料力學性能碟渺。當前有關麥秸的粒徑對木塑復合材料性能 影響的研究較少，對于微孔發(fā)泡狀態(tài)下粒徑對復合材料性能的影響研究更少突诬，本研究以麥秸為例研究微孔 發(fā)泡狀態(tài)下麥秸粒徑與泡孔結構及力學性能關系苫拍。為了探討麥秸粉粒度對復合材料力學性能的影響芜繁，將 粉碎的麥秸粉碎進行篩選分目，取不同粒度范圍的原料進行試驗绒极。


 

1 材料與方法

1. 1  主要原料

高密度聚乙烯( DMD1158) 骏令，山東齊魯石化公司; 馬來酸酐接枝聚乙烯( MAPE) ，市售工業(yè)級; AC 發(fā)泡 劑( HG2096 － 2097 － 91) 垄提，山東桓臺博祥化工有限公司; 麥秸為淄博當?shù)厥崭睢?/p>

1. 2  主要設備

高速混合機榔袋，自制; Sirion200 場發(fā)射掃描電子顯微鏡( SEM) ，荷蘭 FEI 公司; SJZ － 45 /90B 錐形雙螺桿 擠出機铡俐，上海金湖擠出設備有限公司; FC － 320 錘片式粉碎機凰兑，山東省章丘市瑞豐機械廠。

1. 3  麥秸粉的制備與成型

麥秸粉是在淄博當?shù)厥崭盍罆窈蠼涘N片式粉碎機粉碎后审丘，分別用 40 ～ 120 目篩子過篩制得( 指透過40 目篩留在 120 目篩之上) 吏够。使用前在 105 ℃ 烘箱中干燥 24 h。3 種不同的粒徑麥秸粉試樣( 圖 1) : a. 麥

秸粉過 40 ～ 60 目的篩網备恤，麥秸粉粒徑 250 ～ 380 μm 間稿饰，呈球狀表面較粗糙; b. 麥秸粉過 60 ～ 80 目的篩 網，麥秸粉粒徑在 180 ～ 250 μm 間露泊，粉末較少喉镰，纖維較多; c. 麥秸粉過 80 ～ 120 目篩網，麥秸粉粒徑在

120 ～ 180 μm 間惭笑，纖維狀較少侣姆，粉末狀較多，表面粗糙度較谐霖［4 － 5］捺宗。

圖 1  麥秸粉粒徑

將干燥好的麥秸粉與高密度聚乙烯及其他助劑混合好后放入異向錐形雙螺桿擠出機中擠出成型，擠 出成型尺寸為 15 mm × 55 mm 片材冷卻川蒙，切割加工成測試所需試樣蚜厉。擠出試驗中，擠出溫度設定為: 155℃ 畜眨，170 ℃ 昼牛，180 ℃ ，160 ℃ 康聂，165 ℃ ; 主機螺桿轉速控制在 5. 5 r·min － 1 左右贰健。

 

0. 4  性能測試

拉伸強度、彎曲性能恬汁、缺口簡支梁沖擊強度伶椿、密度分別按照 GB / T 1040. 2—2006 塑料拉伸性能測試方 法［6］、GB / T 1449—2005 塑料彎曲性能試驗方法［7］、GB / T 1043—2008 塑料簡支梁沖擊性能的測定［8］脊另、GB / T 1463—2005 纖維增強塑料密度測試方法［9］測試导狡、SEM 實驗: 將試樣斷面真空鍍金在掃描電鏡下觀察并拍照。3 次重復偎痛。

 

2 結果與討論

2. 1  麥秸粉粒度對復合材料力學性能的影響

從圖 2 可以看出烘豌，復合材料的沖擊強度隨著麥秸粉粒徑的減小，呈先上升后下降的趨勢看彼，在 60 ～ 80 目的范圍時，力學性能達到最大值囚聚，麥秸粉粒徑繼續(xù)減小( 超過 80 目以后) 靖榕，力學性能略有下降，這是由于60 ～ 80 目麥秸粉呈纖維狀顽铸，麥秸纖維的增多大大增加復合材料的沖擊強度; 由纖維增強理論可知茁计，纖維小 于臨界長度，應力則無法傳遞到纖維上谓松，纖維起不到增強的作用星压。所以當外力作用到復合材料上時，纖維 很容易從基體中脫離出來鬼譬，起不到增強作用娜膘，致使力學性能下降［6 － 8］。同時 80 目以上的麥秸粉呈粉末狀优质， 隨著粒徑的減小竣贪，表面粗糙度減小，麥秸粉與聚乙烯的界面層深度減小巩螃，同時機械互鎖能力減小演怎，因此其沖 擊強度比粒徑 40 ～ 60 目的復合材料小。彎曲強度與拉伸強度隨著粒徑的減小而增加避乏。這是由于隨著粒 徑的減小爷耀，麥秸粉比表面積增大，馬來酸酐接枝界面層增強拍皮，復合材料的空隙率減小歹叮，密實程度增加，單位 面積承載能力增加春缕，但密度也隨之增加盗胀，彎曲強度與拉伸強度增大; 在麥秸粉粒徑在 80 目以上時，隨著麥 秸粉粒徑減小锄贼，小粒徑的麥秸粉在發(fā)泡成核時可以充當成核劑的作用票灰，從而使泡孔變得細密均勻，從而使 復合材料密度下降［9］。

2. 2  麥秸粉粒徑對泡孔結構的影響

由圖 3 可知屑迂，麥秸粉的粒徑越小浸策，提供的成核點越多，泡孔就會小而密集; 反之泡孔就會大而疏惹盼。經典 成核理論認為氣泡必須具有的 2 個成核條件: 過飽和氣體和成核點庸汗。熔體中存在除了溶有過飽和氣體的聚乙烯以外還包括麥秸粉，泡孔的成核模式包括均相成核和非均相成核手报，本體系中均相成核相差不大蚯舱，非 均相成核表現(xiàn)在麥秸粉粒徑的不同不僅提供了大量的氣、液掩蛤、固界面枉昏，同時小粒徑更提供了大量的成核點， 對氣泡成核影響較大揍鸟。由圖 3a 可知兄裂，40 ～ 60 目的麥秸粉粒徑較大，表面粗糙阳藻，提供了較多的成核機會; 由 圖 3b 可知晰奖，60 ～ 80 目的麥秸粉以纖維狀為主，雖然也能提供較多的界面腥泥，但是氣泡生長過程中氣體很容 易從纖維狀的表面逃逸匾南，使得泡孔大疏; 隨著氣泡的增大，纖維與基體被剝離開蛔外，從而導致材料強度較低午衰。 由圖 3c 可知，80 目以上麥秸粉粒徑更小冒萄，提供的界面更多臊岸，同時氣體以細小的麥秸粉為成核劑，增加了體 系的成核速率使得泡孔更加密集尊流。

圖 2  麥秸粉粒徑對復合材料性能的影響

圖 3  麥秸粉粒徑對復合材料的微觀結構影響

3 小結

隨著麥秸粉粒徑的減小帅戒，復合材料的屈服強度和拉伸強度增加，沖擊強度呈先增后降趨勢; 隨著麥秸 粉粒徑的減小崖技，復合材料的密度呈先增后降趨勢逻住。掃描電鏡證實了麥秸粉粒徑減小泡孔結構由疏到密、由大到小迎献，為今后研究粒徑與泡孔結構提供了新的途徑瞎访。

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