塑料科技软木纤维增强PP复合材料的研究bookmark0揣成智，李树，崔永岩，蔺艳琴（天津轻工业学院化工系，天津300222）来酸酐接枝聚丙烯（MAPP）对软木纤维进行接枝处理，用MAPP或用三元乙丙橡胶（EPDM）对软木纤维进行改性处理。结果表明，与未经处理木纤维的复合材料相比，三种处理方法都使复合材料的热性能、加工性能和力学性能有了较大的提高。用MAPP接枝和用MAPP表面处理木纤维的方法比用EPDM表面处理木纤维的方法在提高复合材料热性能、加工流动性和拉伸强度方面更为显著。用EPDM表面处理木纤维在改善复合材料的冲击强度、断裂伸长率上更明显。此外，木纤维在复合材料中的浓度对复合材料其它性能的影响，以及MAPP接枝木纤维和MAPP处理木纤维的不同实验结果也进行了评价。

　　1刖言由于植物纤维独特的性能使其聚合物中的应用越来越广泛和Kazgya-woko用红外光谱研究MAPP处理漂白和未漂白牛皮纸纤维素热机械纸浆的时候，得出结论：木纤维能够与马来酸酐发生酯化反应。Rna在研究短黄麻纤维强聚丙烯复合材料时结论为：在适宜的相容体系中，黄麻纤维可起到强纤维的作用、而不是填料的作用。

　　聚丙烯；马来酸酐接枝聚丙烯Avella在研究MAPP与甲基纤维素纤维复合时发现，该复合材料较好的力学性能是由于马来酸酐集团和四丁基正钛酸酯发生了反应所致。

　　本研究是采用红外光谱技术研究了软木纤维和MAPP间的酯化反应，并用扫描电镜（SEM）和差示扫描量热技术（DSC）研究了软木纤维和聚丙烯间的界面粘合性。由于MAPP接枝纤维技术较昂贵，不适于大规模工业生产。因此，本研究还以MAPP作为相容剂处理木纤维，并比较MAPP的两种处理方法对复合材料性能的影响。此外，本文还探讨了软木纤维含量及不同的木纤维处理方法对复合材料的热性能、热变形温度、加工流动性和力学性能的影响。

　　软木纤维是用废工业源白针叶木浆板机械解离和分散而成，其长度分布范围2mm~ 3.5mm，宽度分布是73.Lum，长宽比为72 6.聚丙烯为Solvay产638标准测定，冲击性能按EOl180：-数为5g/0min马来酸酐接枝聚丙烯（MAPP）是As-tech化学公司产品，型号为UniteMP880，平均分子量为9000兔/11.三元乙丙橡胶（EPDM）是Mitsui石油化学有限公司产品，型号为4015. 22木纤维预处理用MAPP去接枝软木纤维是以二甲苯为溶剂，以氢氧化磷酸钠为催化剂在反应器中进行接枝。将充分干燥的木纤维（4%）浸入带有MAPP（6%）的二甲苯和氢氧化次磷酸钠溶液中，在135 *C下反应2小时。反应后，用索氏抽提器除去溶剂，将己接枝的纤维充分干燥备用。MAPP和EPDM的表面处理纤维是在熔融状态下与纤维在两联辊上简单混炼而成，MAPP和EPDM在PP母体中的浓度分别为6%和8%. 2.3制样制样工艺路线：纤维干燥―纤维预处理―两联辊混炼切粒※双螺杆混炼切粒※挤片※模压※制样―性能测试。

　　制样工艺条件：两联辊开炼机混炼温度为*C；螺杆转速为模压机模压温度为180*C，压力10MPa模压时间为2.4红外光谱分析将碎化的木纤维、MAPP及接枝木纤维分别与溴化钾充分混合均匀，压片，测试分析。

　　液氮淬断，淬断面表面镀金。

　　率为10*C/min，测量温度范围为一30*C~ 2.7热变形温度测试试仪，按ISO075标准测定。

　　2.8转矩流变性测试型）的混合器测试。测试温度为190*Q转速为30/min，混合时间8min，转矩值取平衡转矩值。

　　2.9力学性能3结果与讨论3.1红外光谱分析在波数为4000cmH~6000范围内的红外光谱分析谱图。表1和表2分别总结出了纯软木纤维和MAPP的主要红外吸收波数位置的谱带解析。比较纯软木纤维（曲线1）和MAPP接枝木纤维（曲线3）谱图发现，MAPP接枝木纤维在波数为1790cm-附近出现一个特征峰，此峰与Felix和Kazayawoko中的解释结果相类似，可以确定该特征峰为酯键的吸收峰。此外，MAPP接枝纤维在3500cm1 ~3300cm-范围内出现的羟基（0H）伸展振动吸收峰远远小于纯木纤维的吸收峰，说明在MAPP接枝木纤维中的羟基基团数目己明显减少。与MAPP（曲线2）相比，MAPP接枝木纤维材料中的MAPP在1800cm1~1700cm1的羰基（=C=0）伸展振动吸收峰消失了。MAPP接枝纤维材料中在1~1600cm1范围内的吸附水形变振动峰也明显减弱。这些结果都间接地证明了软木纤维的羟基与MAPP的酐官能团可能发生了酯化反应，从而提高了木纤维和聚丙烯的界面粘合性。

　　波数位置（cmD谱带解析0H的伸展振动0和CH3的CH伸展振动吸附水的形变振动CH2的形变振动CH2CH3OCH3的形变振动0H的形变振动C一0―C的伸展振动C一0的伸展振动表2MAPP的红外吸收波数和谱带解析波数位置4谱带解析3000 1700C=O的对称与不对称伸展振动1620 1580羧基的C=伸展振动1500 1300CH2或/和CH3的CH形变振动32形态分析采用扫描电镜观察PP/木纤维复合材料冲击试样的断面形态，并以此来检验木纤维处理技术对复合材料界面形态的影响。为聚丙烯与纯软木纤维复合材料的电镜照片。由（a）中可见，未经处理的木纤维分散不佳，存在着纤维局部过份集中的现象。

　　再从（）中可看到，纤维界面清晰，纤维表面也没有被聚丙烯基体包覆，而且某些纤维界面处存在着空隙，说明未经处理的木纤维与树脂界面粘合性很差。为聚丙烯与MAPP接枝木纤维复合材料的电镜照片。从（a）中可见，木纤维在聚丙烯基体中分散很均匀，无纤维局部过份集中的现象。从（）中可观察到纤维与聚丙烯之间的界面很模糊，几乎看不清纤维界面的形态。

　　为MAPP作为相容剂处理木纤维后的PP/木纤维复合材料电镜照片。从（a）和（b）中可见到其形态特征与的相类似。显示了EPEM作为改性剂对木纤维处理作用的形态照片。从图中可见，木纤维的分散状态良好（（））木纤维与聚丙烯间有较好的界面粘合性（（b））。由于聚丙烯与EPDM有很好的相容性，所以纤维表面能被EPEM和聚丙烯所包覆。以上现象说明了MAPP接枝木纤维，MAPP和EPDM处理木纤维的几种方法都能提高木纤维和聚丙烯之间的界面粘合性，改善两者的相容性，从而提高复合材料的性能。

　　33热性能为纯PP、PP/1APP接枝木纤维、PP/MAPP处理木纤维和PP/EPDM处理木纤维复合材料的DSC谱图。由曲线1可见，纯聚丙烯的玻璃化转变温度（Tg）为2 *C.一般说来，纯软木纤维的Tg在250*C以上，但在这样高的温度下，木纤维己经分解，所以纯软木纤维的Tg测不到。众所周知，如果两种材料具有部分相容性，则此两种材料混合物的两个将会相互靠拢匕很明显工/油地Huse. MAPP接枝木纤维复合材料中的PP相的Tg从2 *C迁移到48*C（见曲线2）PP/MAPP处理木纤维复合材料的Tg迁移到45*C（见曲线3），PP/EPDM处理木纤维复合材料的Tg迁移到37 *C（见曲线4）这样我们可以推断，上述三种处理方法都可以改善聚丙烯和木纤维之间的相容性和界面粘合性。

　　处理木纤维复合材料的平衡转矩值却略有下降。

　　在MAPP接枝或MAPP处理木纤维含量为50%时，其平衡转矩值仍与纯PP接近。此结果说明了MAPP接枝或处理木纤维都能有效地改善复合材料的加工性能。

　　表4列出了PP/木纤维复合材料的熔体指数（MFT）值。由表中的数据可见，随着纯木纤维或EPDM处理木纤维含量的加，复合材料的MFI数值大幅度下降。这种情况进一步证明了纯木纤维加入聚丙烯中后可使复合材料的粘度加及EPDM处理木纤维不能使PP/木纤维复合材料的粘度下降。表中还呈现出MAPP接枝木纤维和MAPP处理木纤维复合材料的MFI数值随着纤维含量的加而下降较少，说明MAPP接枝或MAPP处理木纤维可以改善复合材料的加工性能。这些结果与表3中的情况相类似。

　　力学性能和为PP7木纤维复合材料的拉伸强度和断裂伸长率。与未处理纤维的复合材料相比，MAPP接枝木纤维或MAPP处理木纤维复合材料的拉伸强度随着纤维含量的加明显提高，而断裂伸长率下降较少。

　　在木纤维含量为50%时，与未处理木纤维相比，MAPP接枝木纤维复合材料的拉伸强度提高了78%，MAPP处理木纤维复合材料提高了70%.从和中还可以看出EPDM处理木纤维后使复合材料的断裂伸长率略有提高。

　　0和1显示了PP/未处理木纤维复合材料http://www.cnki.net度提高了7%，PP/EPDM处理木纤维复合材料提高了3%，PP/MAPP接枝及PP/MAPP处理木纤维复合材料都提高了10%以上。这种现象说明了软木纤维可以提高复合材料的耐热性能。

　　表3列出了PP/木纤维复合材料的加工性能，此性能是以复合材料在Brabendei塑化仪中的动态平衡转矩特征来表征的。从表中的数据可看到，随着纯木纤维或EPDM处理木纤维含量的加，复合材料的平衡转矩值上升很多，说明未处理木纤维或用EPDM处理木纤维组成复合材料的加工性能很差。相反，随着木纤表3 PP7软木纤维复合材料的平衡转矩（Nm）纤维含量（％）未处理木纤维MAPP接枝木纤维MAPP处理木纤维EPDM处理木纤维表4 PP7木纤维复合材料的熔体指数（MFI，10min）材-料未处理木纤维MAPP接枝木纤维MAPP处理木纤维EPDM处理木纤维纤4*含复合材料的拉伸强度pp/MApp接枝木纤维复合材料；pp/MApp处理木纤维复合材料；pp/未处理木纤维复合材料；App/EFDM处理木纤维复合材料。

　　PP/EPDM处理木纤维复合材料；PP/MAPP接枝木纤维复合材料；PP/MAPP处理木纤维复合材料；App/未处理木纤维复合材料。

　　pp/EpDM处理木纤维复合材料；pp/MApp接枝木纤维复合材料；pp/mapp处理木纤维复合材料；App/未处理木纤维复合材料。

　　PP/EPDM处理木纤维复合材料；PP/MAPP接枝木纤维复合材料；pp/mapp处理木纤维复合材料；App/未处理木纤维复合材料。

　　缺口与非缺口冲击强度性能。从图中可见，随着木纤维含量的加，pp/木纤维复合材料的非缺口冲击强度下降很明显，而缺口冲击强度却略有上升的趋势。这一结果说明了软木纤维可以改善聚丙烯的缺口敏敏感性。

　　由图中还显示出，不论是MAPP接枝木纤维，MAPP处理木纤维，还是EPDM处理木纤维都使复合材料的缺口与非缺口冲击强度明显提高。当纤维含量为50%时，EPDM处理木纤维复合材料的缺口冲击强度提高了66%，MAPP接枝木纤维的复合材料提高了61%，MAPP处理木纤维的复合材料提高了58%.从图中还可以看到，EPDM处理木纤维复合材料改善该体系的冲击性能比MAPP接枝和MAPP处理木纤维复合材料更明显。此结果证实了EPDM是PP/木纤维复合体系中有效的抗冲击改性剂。上述这些性能改善的结果反映出，MAPP与软木纤维之间发生的酯化反应及EPDM对纤维的包覆作用都能使复合体系起到应力传递的效果。

　　4结论从以上研究可得出如下结论：从SEM分析和DSC测量中可知，无论是MAPP接枝木纤维，MAPP处理木纤维，还是EPDM处理木纤维都可以有效地改善PP与软木纤维的相容性或界面粘合性。

　　软木纤维可明显改善PP的缺口敏感性，并可以提高PP的热变形温度。

　　（4）MAPP接枝和MAPP处理木纤维复合材料对PP/软木纤维复合材料性能的影响具有相似的效果。