【復材資訊】新型木塑複合材料(WPC),可廣泛應用於家居建材!

【復材資訊】新型木塑複合材料（WPC），可廣泛應用於家居建材！

2020-12-03 07:00 來源：澎湃新聞·澎湃號·政務

本研究的目的是評估實驗製造的木塑複合材料(WPC)樣品暴露於水浸泡的表面質量。以美國俄克拉何馬州入侵物種之一的東部紅杉為材料，利用再生塑料製作塑木複合材料樣品。將納米粘土含量為0%、3%和6%的三種樣品浸泡在水中長達1個月。用觸針式儀器來評估其表面粗糙度與水暴露的關係。兩個可接受的粗糙度參數，平均粗糙度(Ra)和平均峰谷(Rz)，用於確定由於水暴露樣品表面質量的變化。平均1.5µm和4.1µm的粗糙度值測定的樣品沒有粘土在乾旱條件下,那些在水中浸泡一個月,分別。在含有粘土的情況下，相應的值更低。根據這項研究的結果，觸針技術似乎可以成功地應用於這些樣品，以定量評價其表面質量時，他們暴露在水中的時間跨度較長。預計這項工作的數據將有助於更好地理解WPCs在環境條件下的行為。

木塑複合材料(WPC)是由回收塑料和細木屑或纖維製成的工程面板或木材產品。與刨花板、纖維板等傳統複合材料相比，木塑複合材料在人造板行業是一種相對較新的產品。木塑複合材料被廣泛用於許多應用，包括外部家具，甲板，操場設備，圍欄和屋頂。

壓力處理的木材，特別是鉻化砷酸銅(CCA)，從2002年起在美國被禁止用於直接與人類接觸的地方。化學處理的木材產品，如甲板材料，由於健康問題以及環境汙染，正在失去市場份額。這些參數迫使外部複合材料行業從可持續發展的角度開發新的工程產品，包括WPCs。

一個典型的木塑複合材料裝置可以通過兩步工藝生產。木材材料與熱塑性塑料的結合，如高密度聚乙烯(HDPE)，低密度聚乙烯(LDPE)，或聚氯乙烯(PVC)混合在一起，產生複合，其呈麵團狀稠度。在商業規模上，連續生產工藝因其效率優於分批生產工藝。典型的原料是20目到60目的木材顆粒，此外還加入發泡、偶聯劑和染料，以增強最終產品的整體性能。大多數塑件是通過採用單螺釘或雙螺釘的擠壓工藝生產的，以形成產品的最終形狀。

研究目的

儘管對東部紅杉WPCs的力學性能已經有過研究，但關於這種實驗樣品的表面質量作為水暴露的函數的信息很少。因此，本研究的目的是通過一種觸針方法作為質量控制工具，量化由東方紅杉製成的木塑板樣品的表面粗糙度作為水暴露的函數。本研究發現的數據有助於塑木複合材料製造商更好地了解塑木複合材料的整體吸溼特性。

研究材料和方法

兩棵胸高15釐米的東部小紅杉被撕成大碎片，成為整棵樹。在用40目的細材料篩分之前，這些晶片用錘磨機進一步還原成顆粒。在下一步，原料被乾燥到4%的水分含量在一個實驗室型烘箱。商業生產的高密度聚乙烯(HDPE)，馬來酸酐，和3%和6%的納米粘土顆粒烘乾重量均質混合在攪拌機中。製備了不含納米粘土的樣品作為對照樣品。將混合料送入錐形反向旋轉雙螺杆擠出機中，以生產混合晶片。首先放在冰箱中冷卻30分鐘，然後作為原料用在注射成型機上。注塑機生產的WPC小樣品尺寸為150mm×10mm×3mm，如圖1所示。總共有60個樣品被考慮用於這些測試。將A型、不含納米粘土、B型和C型各20個納米粘土含量分別為3%和6%的樣品浸泡在水箱中1 - 4周。在每周結束時，將標本從水箱中取出，衝洗，並在0.01g的精確水平上稱重。粗糙度測量採用針式SRT-6200裝置。設備包括一個主要單元和一個拾音器skid-type金剛石觸針5µm齒頂圓角半徑和90 o提示角用於表面粗糙度測試。平均粗糙度(Ra)和峰谷平均高度(Rz)這兩個粗糙度參數被用來量化樣品的粗糙度。在初始乾燥條件下和水浸泡過程中，在樣品兩側各進行三次隨機表面測量，共6次。粗糙度試驗示蹤長度為15 mm。圖1和圖2分別描述了WPC樣品和觸針式設備。

圖1.木塑複合樣品

圖2.Stylus-type輪廓曲線儀

研究結果

圖3顯示了乾燥樣品和水暴露樣品的平均粗糙度值。Ra值1.5µm被發現沒有粘土含量的控制樣品。從表1也可以看出，添加3%和6%粘土的對照試樣與不添加粘土的對照試樣相比，其Ra值沒有任何顯著差異。結果表明，浸泡一周的水對所有樣品的整體表面質量產生了顯著的負面影響。如表1中可以觀察到,Ra值的樣本類型A, B和C被發現是3.2µm,分別3.3µm和3.1µm。眾所周知，木材是一種吸溼性材料，對潮溼很敏感，浸泡在水中的樣品的粗糙度惡化，即使是一周，也很容易與聚合物化合物中含有50%的東方紅杉顆粒有關。當樣品暴露在水中的時間延長，依次為3周和4周時，樣品的表面劣化程度逐漸減小。例如,樣品類型C和6%粘土Ra值3.8µm的三星期的水浸泡和這個值只增長了2.56%時,保存在一個星期。這似乎表明，在樣品中添加粘土會產生某種屏障，從而減少了水在聚合物基體中的擴散。在先前的研究中,按材料樣品的表面粗糙度是評價和標本的Ra和Rz值範圍分別為1.98µm 4.48µm和16µm 33µm。根據本研究的結果，兩種不同粘土含量的樣品的平均粗糙度(Ra)值沒有顯著差異。各類型樣品峰谷平均高度(Rz)結果與Ra值的變化趨勢一致。結果表明，長時間的水浸泡對木塑板表面質量的影響不明顯，說明在木塑板表面進行塗層或某種處理，可以延長木塑板的使用壽命，提高其利用率。

圖3.不同曝光時間下樣品的平均粗糙度(Ra)值。

表1.樣品的粗糙度值µm(括號內數字標準差值)。

結論

本研究試圖評估實驗製造的木塑複合材料樣品暴露於水中時的表面質量。根據這項工作的發現，很明顯，針式設備可以成功地用於量化由於水暴露在WPC樣品表面的任何不規則性。在樣品中加入粘土可以在一定程度上增強其吸水特性。這些數據將有助於更好地理解WPCs在環境條件下的總體行為。在未來的研究中，研究人員希望能在微觀尺度上研究暴露在水中的塑料和木材顆粒之間的相互作用。

論文連結：

https://www.mdpi.com/2076-3417/10/15/5122/htm

文章來源：賢集網

原標題：《【復材資訊】新型木塑複合材料（WPC），可廣泛應用於家居建材！》

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