當前,具有硬度高、防水防蛀、可二次加工等性能的木塑復合材料被廣泛應用于室內裝飾、建筑裝修、包裝運輸和運動器械等領域,其較低的材料成本以及較高的使用量有助于降低森林資源的消耗量以及廢舊塑料的環境危害。然而,木塑制品較高的材料密度以及較差的材料韌性,使其在承載領域的應用中容易因為脆性斷裂而失效,很難如傳統高聚物材料一般借助分子蠕動等發揮變形預警的作用。

鑒于傳統發泡技術難以改善制品的脆性缺陷,國內外學者們根據無機納米粒子的增韌原理提出了微孔發泡的概念。在微孔木塑制品的承載過程中,沖擊裂紋主要通過直接穿過泡孔和沿孔壁擴展兩種形式生長,而泡孔的塑性變形會吸收大量的能量,從而達到鈍化裂紋尖端、抑制裂紋擴展的目的。該技術提高了木塑制品的機械性能、促進其高性能化的應用,同時還保持了制品質量輕、材料省、隔音隔熱等優點。木塑復合材料在擠出過程中主要借助熔體內氣體溶解度對力、熱等流場參數的敏感性,采用降壓或升溫的方式來生成所需的氣體,進而經過“成核‐生長‐定型”三個階段才形成內部的微孔結構。其中,發泡氣體主要通過化學發泡劑熱解或者物理發泡劑揮發等方式產生的,其產生方式不僅是材料內部形成泡孔結構的重要因素,還直接影響著泡孔的形貌特征及其尺寸參數。為此,以聚丙烯基木塑復合材料為對象,分別采用偶氮二甲酰胺(AC)和碳酸氫鈉(NaHCO3)這兩種化學發泡劑,對比分析其熱解行為及其對木塑樣品泡孔形貌的影響規律。同時,通過制備復合發泡劑、調節發泡劑含量等方式,探索不同產氣量下木塑試樣力學性能的變化趨勢,以期為后續工藝優化和產品研發提供理論指導。其研究結果表明:
(1)經過復配后的AC/氧化鋅發泡劑可以將其熱解產氣溫度控制在173℃附近,從而有效避免高溫熱解引發的木粉降解問題。相較于AC/氧化鋅復配體系,具有較小產氣量以及過長分解溫度區間的NaHCO3發泡母粒容易引發氣泡的多次成核,從而造成孔徑分布的兩極化現象。
(2)相較于NaHCO3發泡母粒以及兩者的復合發泡劑,采用AC/氧化鋅復配體系更容易獲得“小而密”的微孔結構,以及沖擊強度6kJ/m2、拉伸強度8MPa和彎曲強度16.6MPa的試樣性能。
(3)在AC/氧化鋅復配體系用量為1份時,復合材料內部的發泡氣體既可以被熔體徹底包裹而無法逃逸,又可以實現其快速過飽以加快成核速率、提高成核質量的要求,從而獲得孔徑均值71μm、分布密度2.7×104個/cm3的微孔結構以及較優的承載能力。
來源:《發泡劑熱解行為及其產氣量對聚丙烯基微孔木塑復合材料性能的影響》王蘇煒等







