弹性体增韧木塑复合材料的研究开题报告

全文总字数：2230字

1. 研究目的与意义

木塑复合材料（Wood-Plastic Composites，简称WPC）是利用热塑性塑料，包括聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯以及它们的共聚物等作为基体材料，用木粉、稻壳、秸秆等废弃生物质纤维作为增强相，再加入一些相关的添加助剂，通过注塑、挤压、模压等单一或多种成型工艺加工而成的复合材料。由于其兼具木材和塑料的优点，使得木塑复合材料及其制品具有一系列独特的优良性质，既有木材美观的质感和可以二次加工，又有塑料的耐久性和可重复加工性能。

由于木粉和木纤维具有较高的刚性，较低的密度，并且可以进行回收利用，因此使用这两种材料与塑料进行复合，可以起到降低单位体积成本，增大复合材料强重比以及提高材料刚度的目的。但是，使用木粉和塑料共混最大的问题就是制成的复合材料具有较差的冲击强度和拉伸强度，因此提高木塑复合材料的力学强度，尤其是冲击强度对于扩大木塑复合材料的使用范围具有极其重要的作用。热塑性弹性体（thermoplastic elastomer，TPE）指的是：在常温下显示橡胶弹性，在高温下能够塑化成型的高分子材料。因此，这类聚合物兼有热塑性橡胶和热塑性塑料的某些特点。热塑性弹性体高分子链的基本结构特点是它同时串联或接枝某些化学组成不同的塑料段（硬段）和橡胶段（软段）。本课题主要研究选择合适的聚烯烃类热塑性弹性体、聚氨酯类热塑性弹性体或苯乙烯类热塑性弹性体对木塑材料进行增韧改性。

2. 国内外研究现状分析

木塑复合材料源起北美，逐渐发展到德国、意大利等欧洲国家，再到中国、日本等亚洲国家，商业化生产已逾 40 年，其发展轨迹大致分三个阶段，即以生产普通木塑物流运输托盘为主的第一阶段；随着地产行业的兴起，木塑复合材料迎来了以生产景观建材和装饰材料的第二阶段；进入 21 世纪，木塑行业迎来了黄金十年，产品也步入到以结构型部件及集约化成套建筑为主的第三阶段。木塑行业发展速度快，应用领域广，广阔的前景推动了木塑复合材料的深层次的发展，促使其需要拥有更为优秀稳定的性能来适应这种趋势，同时也推动了国内外对于选择合适的聚烯烃类热塑性弹性体、聚氨酯类热塑性弹性体或苯乙烯类热塑性弹性体对木塑材料进行增韧改性的研究。

早期的增韧理论有 Merz等提出的微裂纹理论，认为共混材料断裂耗散的能量是基体与橡胶分散相粒子断裂能的总和，这种说法比较强调橡胶的作用而忽视了基材自身性质对增韧机理的影响，虽然解释了一些实验现象，但并不被人们普遍认可。随着复合材料研究的深入发展，Bucknall在早期理论基础之上，建立了被人们普遍接受的银纹-剪切带理论。该理论认为橡胶颗料作为应力集中中心可以诱发大量银纹和剪切带，从而消耗大量能量；并控制银纹的拓展，不致发展成破坏性裂纹，进而达到增韧的目的，但这一理论忽视了基体连续相与橡胶分散相之间的作用问题，值得进一步探讨。另外，影响较大的是 Kinloch 等建立的空穴化理论，是指在低温或高速形变的过程中，橡胶粒子内部或橡胶粒子与基材界面层出现空洞的一种现象，在外力作用下，应力集中的橡胶粒子能够引起周围基体的三向应力的变化，将平面应变转化为平面应力，而这种状态更有利于剪切带的形成。由于空穴化本身不能构成材料的脆性转变，只是改变了材料的应力状态来引发剪切屈服，进一步减少应力集中、阻止裂纹进一步扩展，消耗能量使材料韧性提高。传统的橡胶增韧理论多为定性研究增韧过程，随着相关理论的深入研究以及研究手段的不断进步，增韧理论开始向定量化发展，Wus理论就是在临界粒子间距判断概念的基础上，对热塑性聚合物基体进行的科学分类，并建立塑料增韧的脆韧转变逾渗模型，从而将增韧理论由定性分析推向定量的高度。Liu等报道了EPR-g-MA对竹粉/HDPE 复合材料具有增强和增韧的作用。王清文等用MAPP、MAPE、EPDM-MAH以及SEBS-MAH等偶联剂来对复合材料进行增强及增韧改性的研究，利用静态力学测试、动态力学测试(DMA)、电子扫描显微镜(SEM) 等手段研究了材料的界面相容性、粘弹性、耐热性能以及阻尼特性等。

3. 研究的基本内容与计划

对木塑复合材料的制备方法进行探索，找出最佳的配方组成和工艺路线;利用双螺杆挤出机、双辊炼塑机等设备对木粉与pe或pp等热塑性塑料以及各种添加剂进行共混;利用注塑机或挤出机对木塑复合材料进行成型加工;研究利用聚烯烃类热塑性弹性体、聚氨酯类热塑性弹性体或苯乙烯类热塑性弹性体对木塑复合材料进行增韧改性，探索其配方组成或工艺改进;利用万能试验机、磨耗试验机、冲击强度试验机等设备，对增韧后的木塑复合材料进行性能测试。

（1）第1周：查阅资料，完成文献综述和开题报告。

（2）第2-3周：准备实验原料和仪器。

4. 研究创新点

众所周知，木塑复合材料特有的木材的质感以及塑料的性能使其在近几十年一直处于快速发展阶段。本研究的特色在于通过配制不同配方来达到对木塑复合材料增韧改性技术的研究，对木塑复合体系的材料选择、加工工艺性评价、和高效加工技术等相关基础问题进行研究，为建立高效适用的热塑性增韧木塑复合材料进行了探索。