聚氯乙烯木塑復(fù)合材料性能研究.pdf
<p>·95· 試 驗 研 究 農(nóng)業(yè)開發(fā)與裝備 2018年第6期 摘要：采用模壓成型的方式、通過實驗探索玻璃纖維（GF）含量 及偶聯(lián)劑處理對聚氯乙烯（PVC）/稻殼木塑復(fù)合材料的力學(xué)特性 和耐磨性的影響。實驗結(jié)果表明：PVC/稻殼木塑復(fù)合材料的硬度 隨GF含量增加呈現(xiàn)先減小后增大的趨勢。GF含量在15%以下時， 隨著GF用量的增大，木塑復(fù)合材料的拉伸強度與沖擊強度總體上 隨之變大，超過15%則隨GF含量增大而減小。而彎曲強度出現(xiàn)先 減后增的趨勢，彎曲彈性模量則與之相反。木塑復(fù)合材料的耐磨 損性在GF含量為15%時最佳，摩擦系數(shù)在10%時最大。合適的偶 聯(lián)劑處理能增強木塑復(fù)合材料的力學(xué)性能和耐磨性。其中-氨丙 基三乙氧基硅烷（KH550）的增強效果比較好，鈦酸酯不能提高 PVC/稻殼木塑材料的力學(xué)性能和耐磨性。 關(guān)鍵詞：玻璃纖維；聚氯乙烯；木塑復(fù)合材料；偶聯(lián)劑；力學(xué)性 能；耐磨性 0 引言 聚氯乙烯（PVC）木塑復(fù)合材料是以PVC和木質(zhì)纖維為主要 原料制成的復(fù)合材料，兼具有木質(zhì)材料的使用性能和塑料的熱塑 加工性能，主要可用作天然木材的替代而廣泛使用 1 。其自身的強 度高、阻燃性能強、抗有害生物特性和耐腐蝕性能好成為用作結(jié) 構(gòu)材料的首選 2-4 ，但是該材料同樣因為具備彎曲強度、沖擊強度 差，熱變形溫度低及抗蠕變性差等缺點而降低了實用性 5 。傳統(tǒng) PVC增韌改性通常是在樹脂中加入橡膠類彈性體，是以降低材料 寶貴的剛性、耐熱性、尺寸穩(wěn)定性為代價的 6 。目前，國際上較熱 門的方式是通過加入剛性的增韌纖維既增強力學(xué)性能又不影響綜 合性能 7 。利用玻璃纖維（GF）增強木塑復(fù)合材料不僅可以讓其 擁有較好力學(xué)性能與摩擦磨損性能 8 ，還能兼具良好的耐疲勞特 性。 在PVC復(fù)合材料中加入一定偶聯(lián)劑或成型劑等可以在一定程 度上提高復(fù)合材料的穩(wěn)定性 9 。同時能增強界面相容性從而提高材 料的力學(xué)強度，很明顯地讓GF較多地保留在PVC當(dāng)中，從而提高 GF在PVC中保留的長徑比 10-11 。GF沒有經(jīng)過處理時不溶性的物質(zhì) 容易附著到GF表面，使得GF與PVC不能充分濕潤。這兩個原因直 接導(dǎo)致處理后材料的耐磨性及力學(xué)性能大幅度增加。 筆者通過在PVC/稻殼木塑復(fù)合材料中加入不同含量的稻殼、 GF及偶聯(lián)劑-氨丙基三乙氧基硅烷（KH550）與鈦酸酯，采用模 壓成型方法來探究GF及偶聯(lián)劑含量對木塑復(fù)合材料的力學(xué)性能及 摩擦磨損性能的影響。 1 實驗部分 1.1 主要原料 稻殼：6080目（180250 m），自制； PVC：DG-1000K，天津大沽化工有限公司； GF：市售，東?？h富彩礦物制品有限公司； KH550：分析純，廣州惠欣化工有限公司； 鈦酸酯：化學(xué)純，廣州泰瑞新材料有限公司； 酒精：HY95，新泰市華源醫(yī)療衛(wèi)生用品有限公司； 蒸餾水：分析純，自制。 1.2 實驗儀器 電子天平：UTP-313型，上?；ê娖饔邢薰荆?平板硫化機：XLB-0型，潮州順力橡膠機械有限公司； 臺鋸：GTS10 J型，博士集團(tuán)（中國）有限公司； 電動振篩機：8411型，浙江省上虞市道墟星峰儀器廠； 電熱恒溫鼓風(fēng)干燥箱：DG101-4型，南京盈鑫實驗儀器有限 公司； 萬能試驗機：CMT-6104型，美特斯工業(yè)系統(tǒng)（中國）有限公 司； 洛氏硬度計：XHR-150型，上海聯(lián)爾試驗設(shè)備有限公司； 簡支梁沖擊試驗機：XJJ-5型，承德金鍵檢測儀器有限公司； 高速混料機：FP3010型，德國博朗電器公司。 1.3 試樣制備 工藝流程見圖1。 圖1 樣板制備工藝圖 制備步驟如下：分別將60目（250 m）稻殼粉在90，PVC 與GF在80下烘干12h，然后裝在密封袋中。將酒精和偶聯(lián)劑按 照1：5的比例進(jìn)行稀釋。然后把稻殼粉、PVC、GF與偶聯(lián)劑放在 攪拌機中混合，將混料在90下烘干24h后裝入密封袋。將混料放 到10 cm×12 cm的模具中后將模具放到平板硫化機中，設(shè)置溫度 為160，壓力為510 MPa，保壓3次，每次5min進(jìn)行模壓成型。 然后將成型的樣板切割成1 cm×10 cm和0.7 cm×3 cm的長條，以 便進(jìn)行后續(xù)各項性能測試。 表1 為試驗原材料配比及試樣編號 編號 PVC含量 稻殼含量 GF含量 KH550含量 鈦酸酯含量 1 # 60 40 5 2 0 2 # 60 40 10 2 0 3 # 60 40 15 2 0 4 # 60 40 20 2 0 5 # 60 40 10 0 0 6 # 60 40 10 2 0 7 # 60 40 10 0 2 1.4 測試方法 耐磨性測試采用GB5763-2008進(jìn)行測試。硬度測試在洛氏硬 度計上進(jìn)行。拉伸測試采用GB/T1447-2005在萬能試驗機上進(jìn)行。 彎曲性能測試采用GB/T17657-1999在萬能試驗機上進(jìn)行測試。沖 擊測試采用GB/T17657-1999在沖擊實驗試驗機上進(jìn)行。以上所有 實驗均在常溫下進(jìn)行。 2 結(jié)果與分析 2.1 稻殼用量對PVC復(fù)合材料的影響 2.1.1 力學(xué)性能分析 圖2為不同稻殼含量時PVC木塑復(fù)合材料的硬度。如圖2所 示，隨稻殼含量增加，材料的硬度逐漸減小。說明稻殼含量越 大，材料硬度越小。這是因為隨著稻殼含量的增多，致使稻殼在 PVC中分散性較差而使得復(fù)合材料缺陷增加所以樣板的硬度有所 降低。 稻殼纖維/聚氯乙烯木塑復(fù)合材料性能研究 劉 俊，路 琴，祁彥君，李國超，杜周磊，張亨通 （南京農(nóng)業(yè)大學(xué)工學(xué)院，江蘇南京 210031） 臺：GTS10 J型，博士集團(tuán)（中國）有限公司； 電動振篩機：8411型，浙江省上市道星峰器廠； 電溫啃風(fēng)干燥箱：DG1014型，南京盈鑫實驗器有限公司； 萬能試驗機：CMT6104型，美特斯工業(yè)系統(tǒng)（中國）有限公司； 洛氏硬度計：XHR150型，上海聯(lián)爾試驗設(shè)備有限公司； 簡支梁沖擊試驗機：XJJ5型，承德金鍵檢測器有限公司； 高速混料機：FP3010型，德國博朗電器公司。 工藝流程見圖1。 制備步僔如下：分別將60目（250m）稻殼粉在90，PVC與GF在80下烘干12h， 然后裝在密封袋中。將酒精和偶聯(lián)劑按照15的比例進(jìn)行。然后把稻殼粉、PVC、GF與 偶聯(lián)劑放在拌機中混合，將混料在90下烘干24h后裝入密封袋。將混料放10cm×12 cm的模具中后將模具放平硫化機中，設(shè)置溫度為160，壓力為510MPa，保壓3次， 每次5min進(jìn)行模壓成型。然后將成型的樣切割成1 cm×10cm和0.7 cm×3cm的長條， 以進(jìn)行后續(xù)項性能測試。 編號 PVC含量稻殼含量 GF含量 KH550含量 鈦酸酯 1 # 60 40 5 20 2 # 60 40 1020 3 # 60 40 1520 4 # 60 40 2020 5 # 60 40 1000 6 # 60 40 1020 7 # 60 40 1002 磨性測試采用GB5763-2008進(jìn)行測試。硬度測試在洛氏硬度計上進(jìn)行。拉伸測試采用 GB/T1447-2005在萬能試驗機上進(jìn)行。彎曲性能測試采用GB/T17657-1999在萬能試驗機上 進(jìn)行測試。沖擊測試采用GB/T17657-1999在沖擊實驗試驗機上進(jìn)行。以上所有實驗均在常 溫下進(jìn)行。 圖2為不同稻殼含量時PVC木塑復(fù)合材料的硬度。如圖2所示，稻殼含量增加，材料 的硬度減小。明稻殼含量越大，材料硬度越小。是因為稻殼含量的增多，致使 稻殼在PVC中分散性較差使復(fù)合材料缺增加所以樣的硬度有所低。 圖3為不同稻殼用量時PVC木塑復(fù)合材料的沖擊強度。如圖3所示，稻殼含量增加， 基金項目：南京農(nóng)業(yè)大學(xué)SRT項目（1730B04） ·96· 試 驗 研 究 農(nóng)業(yè)開發(fā)與裝備 2018年第6期 圖3為不同稻殼用量時PVC木塑復(fù)合材料的沖擊強度。如圖 3所示，隨稻殼含量增加，沖擊強度先增大后減小。在稻殼含量 為20%時，沖擊強度最大，這是因為稻殼 的沖擊強度相對PVC較 小，所以當(dāng)其含量增加時，材料的整體沖擊強度下降。而稻殼含 量在20%時達(dá)到最大是因為稻殼含量較少，對PVC的割裂破壞較 小，所以材料整體的沖擊強度較高。 圖2 稻殼用量對洛氏硬度的影響 圖3 稻殼用量對沖擊強度的影響 圖4為不同稻殼用量時PVC木塑復(fù)合材料的拉伸強度。如圖4 所示，隨稻殼含量增加，拉伸強度逐漸減小。這是因為稻殼本身 聚合性較差，不能緊密地結(jié)合在一起或者是由于復(fù)合材料中的稻 殼含量增加時，影響到稻殼纖維與PVC基體材料的充分混合，其 表面相容性變差，導(dǎo)致稻殼纖維不能完全分散到基體材料中；所 以稻殼的含量越多會導(dǎo)致試樣整體的拉伸強度下降。 圖4 稻殼用量對拉伸強度的影響 圖5為不同 稻殼用量時PVC木塑復(fù)合材料的彎曲強度。如圖5 所示，隨稻殼含量增加，彎曲強度逐漸減小并趨于平穩(wěn)。這是因 為稻殼的含量變大，使稻殼在PVC中分散性較差越來越差所以韌 性降低隨之彎曲強度也降低，因此起初彎曲強度下降的快，而當(dāng) 稻殼含量大于40%時，材料的彎曲強度幾乎保持不變，這是因為 稻殼含量過大，對材料的彎曲強度影響減小。 圖6為不同稻殼用量時PVC木塑復(fù)合材料的彎曲模量。如圖6 所示，隨稻殼含量增加，彎曲模量也隨之增大，恰與彎曲強度相 反，這是因為稻殼纖維屬于天然纖維，其彎曲模量本身較大，所 以當(dāng)其含量增多的時候也帶動整體彎曲模量增大。 圖5 稻殼用量對彎曲強度的影響 圖6 稻殼用量對彎曲模量的影響 2.1.2 摩擦磨損性能分析 圖7為不同稻殼含量時PVC 復(fù)合材料的磨損量。從圖7看出， 隨著稻殼含量的增加，PVC復(fù)合材料磨損量出現(xiàn)先減后增的趨 勢，在稻殼含量為40%時磨損量最低?？梢钥吹降練び昧吭蕉嗖?料的耐磨性能也就越好，稻殼含量達(dá)到40%左右，耐磨性最好。 持續(xù)加大稻殼用量將會致使耐磨性有所降低。這可能是由于稻殼 纖維含量為百分之四十時，復(fù)合材料具有最佳的含量比例，在這 個比例下復(fù)合材料的耐磨性能明顯優(yōu)于其他對照組。 圖8為不同稻殼含量時復(fù)合材料的摩擦系數(shù)。從圖8可看出， 隨著稻殼含量的增加，復(fù)合材料的摩擦系數(shù)呈現(xiàn)先增后減的趨 勢，在稻殼含量為40%時摩擦系數(shù)最高。而且從圖中可以看到， 載荷從100 N提高到150 N并沒有導(dǎo)致摩擦系數(shù)的明顯變化，這也 證實了摩擦系數(shù)跟壓力沒有關(guān)系，而跟材料本身有關(guān)，同時可以 看到，當(dāng)?shù)練ず吭?0%左右的時候，摩擦系數(shù)最大。說明在復(fù) 合材料中加入稻殼纖維能有效地提高木塑復(fù)合材料的耐磨性能， 而且在稻殼含量為40%的時候耐磨性能最佳。 圖7 稻殼用量對摩擦性能的 圖8 稻殼用量對摩擦摩擦系數(shù)的影響 2.2 GF用量對PV木塑復(fù)合材料的影響 2.2.1 力學(xué)性能分析 圖9為不同GF用量時PVC木塑復(fù)合材料的硬度。如圖9所示， 隨GF含量增加，材料的硬度呈現(xiàn)先減后增的趨勢。GF含量在10% 時，PVC復(fù)合材料硬度最低，這是因為GF的硬度相對來說比較 大，當(dāng)其含量增多時，使得試樣的整體硬度也會有所上升。而GF 含量為5%時硬度也較大，可能是因為GF較少時對材料的割裂破壞 較小，所以PVC復(fù)合材料整體的硬度也會較高。 圖9 玻纖用量對洛氏硬度的影響 圖10、11為不同GF用量時PVC復(fù)合材料的拉伸強度和沖擊強 度。從圖3可以看出，GF的用量在15%以下時，隨著GF密度的增 加，試樣的拉伸強度逐漸變大沖擊強度總體上也會增大。當(dāng)GF用 量超過15%，拉伸強度跟沖擊強度都將有所降低。當(dāng)GF含量達(dá)到 15%的時候，PVC木塑復(fù)合材料拉伸強度和沖擊強度分別達(dá)到最佳 狀態(tài)。這是因為當(dāng)GF用量較少時，能較好地與PVC基體結(jié)合，當(dāng) GF用量變大，超過15%時，達(dá)到飽和狀態(tài)，與PVC基體結(jié)合性變 差，游離GF會割裂PVC基體，從而使復(fù)合材料的結(jié)合面產(chǎn)生缺陷 導(dǎo)致其拉伸強度下降。 沖擊強度先增大后減小。在稻殼含量為20%時，沖擊強度最大，是因為稻殼 的沖擊強度 相對PVC較小，所以當(dāng)其含量增加時，材料的整體沖擊強度下。稻殼含量在20%時達(dá) 最大是因為稻殼含量較少，對PVC的割較小，所以材料整體的沖擊強度較高。 圖4為不同稻殼用量時PVC木塑復(fù)合材料的拉伸強度。如圖4所示，稻殼含量增加， 拉伸強度減小。是因為稻殼本身聚合性較差，不能密地結(jié)合在一起或是由于復(fù)合 材料中的稻殼含量增加時，影響稻殼纖維與PVC基體材料的充分混合，其表面相容性變差， 導(dǎo)致稻殼纖維不能完全分散基體材料中；所以稻殼的含量越多會導(dǎo)致試樣整體的拉伸強度 下。 圖5為不同稻殼用量時PVC木塑復(fù)合材料的彎曲強度。如圖5所示，稻殼含量增加， 彎曲強度減小趨于平穩(wěn)。是因為稻殼的含量變大，使稻殼在PVC中分散性較差越來 越差所以韌性低之彎曲強度低，因起初彎曲強度下的快，當(dāng)?shù)練ず看笥?40%時，材料的彎曲強度幾保持不變，是因為稻殼含量過大，對材料的彎曲強度影響減 小。 圖6為不同稻殼用量時PVC木塑復(fù)合材料的彎曲模量。如圖6所示，稻殼含量增加， 彎曲模量之增大，與彎曲強度相，是因為稻殼纖維于天然纖維，其彎曲模量本 身較大，所以當(dāng)其含量增多的時候帶動整體彎曲模量增大。 沖擊強度先增大后減小。在稻殼含量為20%時，沖擊強度最大，是因為稻殼 的沖擊強度 相對PVC較小，所以當(dāng)其含量增加時，材料的整體沖擊強度下。稻殼含量在20%時達(dá) 最大是因為稻殼含量較少，對PVC的割較小，所以材料整體的沖擊強度較高。 圖4為不同稻殼用量時PVC木塑復(fù)合材料的拉伸強度。如圖4所示，稻殼含量增加， 拉伸強度減小。是因為稻殼本身聚合性較差，不能密地結(jié)合在一起或是由于復(fù)合 材料中的稻殼含量增加時，影響稻殼纖維與PVC基體材料的充分混合，其表面相容性變差， 導(dǎo)致稻殼纖維不能完全分散基體材料中；所以稻殼的含量越多會導(dǎo)致試樣整體的拉伸強度 下。 圖5為不同稻殼用量時PVC木塑復(fù)合材料的彎曲強度。如圖5所示，稻殼含量增加， 彎曲強度減小趨于平穩(wěn)。是因為稻殼的含量變大，使稻殼在PVC中分散性較差越來 越差所以韌性低之彎曲強度低，因起初彎曲強度下的快，當(dāng)?shù)練ず看笥?40%時，材料的彎曲強度幾保持不變，是因為稻殼含量過大，對材料的彎曲強度影響減 小。 圖6為不同稻殼用量時PVC木塑復(fù)合材料的彎曲模量。如圖6所示，稻殼含量增加， 彎曲模量之增大，與彎曲強度相，是因為稻殼纖維于天然纖維，其彎曲模量本 身較大，所以當(dāng)其含量增多的時候帶動整體彎曲模量增大。 圖7為不同稻殼含量時PVC 復(fù)合材料的磨量。從圖7看出，稻殼含量的增加， PVC復(fù)合材料磨量出現(xiàn)先減后增的趨勢，在稻殼含量為40%時磨量最低?？梢钥吹練?用量越多材料的磨性能就越好，稻殼含量達(dá)40%左，磨性最好。持續(xù)加大稻殼用 量將會致使磨性有所低?？赡苁怯捎诘練だw維含量為百分之四十時，復(fù)合材料具有最 佳的含量比例，在個比例下復(fù)合材料的磨性能明顯優(yōu)于其他對照組。 圖8為不同稻殼含量時復(fù)合材料的摩擦系數(shù)。從圖8可看出，稻殼含量的增加，復(fù) 合材料的摩擦系數(shù)現(xiàn)先增后減的趨勢，在稻殼含量為40%時摩擦系數(shù)最高。從圖中可 以看，載荷從100N提高150N有導(dǎo)致摩擦系數(shù)的明顯變化，證實摩擦系數(shù) 壓力有關(guān)系，材料本身有關(guān)，同時可以看，當(dāng)?shù)練ず吭?0%左的時候，摩擦 系數(shù)最大。明在復(fù)合材料中加入稻殼纖維能有效地提高木塑復(fù)合材料的磨性能，在 稻殼含量為40%的時候磨性能最佳。 力學(xué)性能分析 圖9為不同GF用量時PVC木塑復(fù)合材料的硬度。如圖9所示，GF含量增加，材料的 硬度現(xiàn)先減后增的趨勢。GF含量在10%時，PVC復(fù)合材料硬度最低，是因為GF的硬度 相對來比較大，當(dāng)其含量增多時，使試樣的整體硬度會有所上升。GF含量為5%時 硬度較大，可能是因為GF較少時對材料的割較小，所以PVC復(fù)合材料整體的硬度 會較高。 圖7為不同稻殼含量時PVC 復(fù)合材料的磨量。從圖7看出，稻殼含量的增加， PVC復(fù)合材料磨量出現(xiàn)先減后增的趨勢，在稻殼含量為40%時磨量最低?？梢钥吹練?用量越多材料的磨性能就越好，稻殼含量達(dá)40%左，磨性最好。持續(xù)加大稻殼用 量將會致使磨性有所低?？赡苁怯捎诘練だw維含量為百分之四十時，復(fù)合材料具有最 佳的含量比例，在個比例下復(fù)合材料的磨性能明顯優(yōu)于其他對照組。 圖8為不同稻殼含量時復(fù)合材料的摩擦系數(shù)。從圖8可看出，稻殼含量的增加，復(fù) 合材料的摩擦系數(shù)現(xiàn)先增后減的趨勢，在稻殼含量為40%時摩擦系數(shù)最高。從圖中可 以看，載荷從100N提高150N有導(dǎo)致摩擦系數(shù)的明顯變化，證實摩擦系數(shù) 壓力有關(guān)系，材料本身有關(guān)，同時可以看，當(dāng)?shù)練ず吭?0%左的時候，摩擦 系數(shù)最大。明在復(fù)合材料中加入稻殼纖維能有效地提高木塑復(fù)合材料的磨性能，在 稻殼含量為40%的時候磨性能最佳。 力學(xué)性能分析 圖9為不同GF用量時PVC木塑復(fù)合材料的硬度。如圖9所示，GF含量增加，材料的 硬度現(xiàn)先減后增的趨勢。GF含量在10%時，PVC復(fù)合材料硬度最低，是因為GF的硬度 相對來比較大，當(dāng)其含量增多時，使試樣的整體硬度會有所上升。GF含量為5%時 硬度較大，可能是因為GF較少時對材料的割較小，所以PVC復(fù)合材料整體的硬度 會較高。 圖7為不同稻殼含量時PVC 復(fù)合材料的磨量。從圖7看出，稻殼含量的增加， PVC復(fù)合材料磨量出現(xiàn)先減后增的趨勢，在稻殼含量為40%時磨量最低?？梢钥吹練?用量越多材料的磨性能就越好，稻殼含量達(dá)40%左，磨性最好。持續(xù)加大稻殼用 量將會致使磨性有所低?？赡苁怯捎诘練だw維含量為百分之四十時，復(fù)合材料具有最 佳的含量比例，在個比例下復(fù)合材料的磨性能明顯優(yōu)于其他對照組。 圖8為不同稻殼含量時復(fù)合材料的摩擦系數(shù)。從圖8可看出，稻殼含量的增加，復(fù) 合材料的摩擦系數(shù)現(xiàn)先增后減的趨勢，在稻殼含量為40%時摩擦系數(shù)最高。從圖中可 以看，載荷從100N提高150N有導(dǎo)致摩擦系數(shù)的明顯變化，證實摩擦系數(shù) 壓力有關(guān)系，材料本身有關(guān)，同時可以看，當(dāng)?shù)練ず吭?0%左的時候，摩擦 系數(shù)最大。明在復(fù)合材料中加入稻殼纖維能有效地提高木塑復(fù)合材料的磨性能，在 稻殼含量為40%的時候磨性能最佳。 力學(xué)性能分析 圖9為不同GF用量時PVC木塑復(fù)合材料的硬度。如圖9所示，GF含量增加，材料的 硬度現(xiàn)先減后增的趨勢。GF含量在10%時，PVC復(fù)合材料硬度最低，是因為GF的硬度 相對來比較大，當(dāng)其含量增多時，使試樣的整體硬度會有所上升。GF含量為5%時 硬度較大，可能是因為GF較少時對材料的割較小，所以PVC復(fù)合材料整體的硬度 會較高。 圖10、11為不同GF用量時PVC復(fù)合材料的拉伸強度和沖擊強度。從圖3可以看出，GF 的用量在15%以下時，GF密度的增加，試樣的拉伸強度變大沖擊強度總體上會 增大。當(dāng)GF用量超過15%，拉伸強度沖擊強度都將有所低。當(dāng)GF含量達(dá)15%的時候， PVC木塑復(fù)合材料拉伸強度和沖擊強度分別達(dá)最佳狀態(tài)。是因為當(dāng)GF用量較少時，能 較好地與PVC基體結(jié)合，當(dāng)GF用量變大，超過15%時，達(dá)価和狀態(tài)，與PVC基體結(jié)合性 變差，游離GF會割PVC基體，從使復(fù)合材料的結(jié)合面產(chǎn)生缺導(dǎo)致其拉伸強度下。 從圖12、13可以看出，材料的彎曲強度在GF含量15%時最低，彎曲彈性模量GF 用量的增多現(xiàn)先增大后低的規(guī)律，是因為GF是剛性粒子，所以GF含量的增多會導(dǎo)致 試樣的彎曲強度下，當(dāng)超過15%的時候，GF對材料產(chǎn)生，導(dǎo)致試樣的硬度下韌性 增加。從圖4可以看出，試樣彎曲彈性模量的變化彎曲強度的變化是相的，證明上 述觀點。 ·97· 試 驗 研 究 農(nóng)業(yè)開發(fā)與裝備 2018年第6期 圖10 玻纖用量對拉伸強度的影響 圖11 玻纖用量對沖擊強度的影響 從圖12、13可以看出，材料的彎曲強度在GF含量15%時最 低，彎曲彈性模量隨著GF用量的增多呈現(xiàn)先增大后降低的規(guī)律， 這是因為GF是剛性粒子，所以GF含量的增多會導(dǎo)致試樣的彎曲強 度下降，當(dāng)超過15%的時候，GF對材料產(chǎn)生破壞，導(dǎo)致試樣的硬 度下降而韌性增加。從圖4可以看出，試樣彎曲彈性模量的變化跟 彎曲強度的變化是相反的，也證明了上述觀點。 圖12 玻纖用量對彎曲強度的影響 圖13 玻纖用量對彎曲模量的影響 2.2.2 摩擦磨損性能分析 圖14為不同GF用量時PVC復(fù)合材料的磨損量。從圖14看出， 隨著GF用量的增加，PVC復(fù)合材料磨損量出現(xiàn)先減后增的趨勢， 在GF用量為15%時磨損量最低。復(fù)合材料中的GF具有分散和傳 遞載荷的作用，使加在其上的力分散到周圍基體上，同時GF均勻 分布在材料中與周圍基體相互之間有力的作用使得材料難以被磨 損。而這種作用在GF含量占15%時最佳，此時GF耐磨損性最好。 圖15為不同GF用量時復(fù)合材料的摩擦系數(shù)。從圖15可看出， 隨著GF用量的增加，復(fù)合材料的摩擦系數(shù)呈現(xiàn)先增后減的趨勢， 在GF用量為10%時（2 # 樣品）摩擦系數(shù)最高。摩擦力是受到剪切 而產(chǎn)生的，由于材料的界面粘著非常牢固，所以剪切一般發(fā)生在 復(fù)合材料的基體上。因此復(fù)合材料的整體強度決定了摩擦力的大 小，在GF含量占10%時，復(fù)合材料的整體強度最小，此時材料的 摩擦系數(shù)最大。 圖14 玻纖用量對耐磨性能的影響 圖15 玻纖用量對摩擦系數(shù)的影響 2.3 偶聯(lián)劑對 PVC 復(fù)合材料的影響 2.3.1 力學(xué)性能分析 表2為加入2%偶聯(lián)劑和未添加偶聯(lián)劑時PVC木塑復(fù)合材料的力 學(xué)性能。 從表2能比較清晰地看到，加了2%的偶聯(lián)劑后，試樣的拉伸 強度、彎曲強度、彎曲彈性模量、洛氏硬度都有明顯提高。這可 能是因為KH550偶聯(lián)劑的加入可顯著提高GF在PVC基體內(nèi)的保留 長度。GF沒有經(jīng)過處理時不溶性的物質(zhì)容易附著到GF表面，使得 GF與PVC不能被充分濕潤。這兩個原因直接導(dǎo)致處理后性能大幅 度增加。此外，如果GF沒有經(jīng)過處理，則會因為其光滑的表面和 PVC的結(jié)合能力較差，而使得PVC復(fù)合材料很容易便在GF與PVC 的結(jié)合面部分產(chǎn)生破壞性裂紋，使材料失效。然而GF經(jīng)處理之 后，能夠與PVC較為緊密結(jié)合在一起，這時的GF可以看做一個一 個的“位壘”，只有所承受的破壞能量超過“位壘”高度時，材 料才會被破壞。而偶聯(lián)劑的加入能增加位壘的高度。 從表3可以看到，加KH550后，材料的拉伸強度、彎曲強度及 彎曲彈性模量都明顯高于加鈦酸酯的。這是因為用KH550處理的 復(fù)合材料界面結(jié)合性比用鈦酸酯處理的更好。用含有氨基硅烷的 偶聯(lián)劑和成膜劑處理的GF增強PVC復(fù)合材料，是因為使其界面層 的結(jié)合得到改善而使得材料的力學(xué)性能得到了提高。 表2 是否添加偶聯(lián)劑對各項力學(xué)性能的影響 試樣 種類 拉伸強度 MPa 彎曲強度 MPa 彎曲彈性 模量/GPa 沖擊強度 （kJ·m -2 ） 洛氏 硬度 添加偶聯(lián)劑 35.917 9 60.067 4 4.212 0 1.46 42.3 未添加偶聯(lián)劑 24.657 4 45.620 9 1.961 0 2.76 40.3 表3 偶聯(lián)劑類型對各項力學(xué)性能的影響 編號 拉伸強度 /MPA 彎曲強度 /MPA 彎曲模量 /GPA 沖擊強度 /（kJ/m 2 ） 洛氏硬度 /HRL KH550 35.9179 60.0671 4.2120 1.46 42.3 鈦酸酯 18.3548 37.3371 1.1303 4.35 44.0 2.3.2 摩擦磨損性能分析 圖16、17分別為不同偶聯(lián)劑類型時PVC木塑復(fù)合材料的耐磨 性和摩擦系數(shù)。 從圖16可以看出，用KH550處理過的PVC材料的耐磨性高于 未經(jīng)過偶聯(lián)劑處理的材料。這是因為KH550偶聯(lián)劑增強了無機高 分子填料跟樹脂之間的結(jié)合面黏合強度，在摩擦過程中，GF不易 從樹脂中脫落，降低了材料的磨粒磨損，從而增強了耐磨性能。 同時可以看到，用鈦酸酯處理過的PVC材料的耐磨性高于未經(jīng)過 偶聯(lián)劑處理的材料。這是由于實驗添加的鈦酸酯物理性狀為黏稠 狀黃色液體，而且其在復(fù)合材料中的添加量較少，只有2%，導(dǎo)致 鈦酸酯偶聯(lián)劑在材料中分布不均使其復(fù)合材料的耐磨性能下降。 同時這也說明不是所有的偶聯(lián)劑都能增強材料的耐磨性能。 從圖17可以看出，經(jīng)過KH550處理的材料的摩擦系數(shù)遠(yuǎn)小于 未經(jīng)過偶聯(lián)劑處理的材料。這是因為偶聯(lián)劑增強了無機高分子填 料跟樹脂之間的結(jié)合面黏合強度，使原料的摩擦特性得到了明顯 的提升。 經(jīng)過鈦酸酯處理的材料與未經(jīng)過偶聯(lián)劑處理的材料的摩擦系數(shù) 相同，這說明鈦酸酯對PVC/木塑復(fù)合材料的摩擦系數(shù)影響不大。 圖16 不同偶聯(lián)劑時PVC木塑復(fù)合材料的耐磨性圖 圖10、11為不同GF用量時PVC復(fù)合材料的拉伸強度和沖擊強度。從圖3可以看出，GF 的用量在15%以下時，GF密度的增加，試樣的拉伸強度變大沖擊強度總體上會 增大。當(dāng)GF用量超過15%，拉伸強度沖擊強度都將有所低。當(dāng)GF含量達(dá)15%的時候， PVC木塑復(fù)合材料拉伸強度和沖擊強度分別達(dá)最佳狀態(tài)。是因為當(dāng)GF用量較少時，能 較好地與PVC基體結(jié)合，當(dāng)GF用量變大，超過15%時，達(dá)価和狀態(tài)，與PVC基體結(jié)合性 變差，游離GF會割PVC基體，從使復(fù)合材料的結(jié)合面產(chǎn)生缺導(dǎo)致其拉伸強度下。 從圖12、13可以看出，材料的彎曲強度在GF含量15%時最低，彎曲彈性模量GF 用量的增多現(xiàn)先增大后低的規(guī)律，是因為GF是剛性粒子，所以GF含量的增多會導(dǎo)致 試樣的彎曲強度下，當(dāng)超過15%的時候，GF對材料產(chǎn)生，導(dǎo)致試樣的硬度下韌性 增加。從圖4可以看出，試樣彎曲彈性模量的變化彎曲強度的變化是相的，證明上 述觀點。 圖10、11為不同GF用量時PVC復(fù)合材料的拉伸強度和沖擊強度。從圖3可以看出，GF 的用量在15%以下時，GF密度的增加，試樣的拉伸強度變大沖擊強度總體上會 增大。當(dāng)GF用量超過15%，拉伸強度沖擊強度都將有所低。當(dāng)GF含量達(dá)15%的時候， PVC木塑復(fù)合材料拉伸強度和沖擊強度分別達(dá)最佳狀態(tài)。是因為當(dāng)GF用量較少時，能 較好地與PVC基體結(jié)合，當(dāng)GF用量變大，超過15%時，達(dá)価和狀態(tài)，與PVC基體結(jié)合性 變差，游離GF會割PVC基體，從使復(fù)合材料的結(jié)合面產(chǎn)生缺導(dǎo)致其拉伸強度下。 從圖12、13可以看出，材料的彎曲強度在GF含量15%時最低，彎曲彈性模量GF 用量的增多現(xiàn)先增大后低的規(guī)律，是因為GF是剛性粒子，所以GF含量的增多會導(dǎo)致 試樣的彎曲強度下，當(dāng)超過15%的時候，GF對材料產(chǎn)生，導(dǎo)致試樣的硬度下韌性 增加。從圖4可以看出，試樣彎曲彈性模量的變化彎曲強度的變化是相的，證明上 述觀點。 摩擦磨性能分析 圖14為不同GF用量時PVC復(fù)合材料的磨量。從圖14看出，GF用量的增加，PVC 復(fù)合材料磨量出現(xiàn)先減后增的趨勢，在GF用量為15%時磨量最低。復(fù)合材料中的GF具 有分散和傳遞載荷的作用，使加在其上的力分散周圍基體上，同時GF均分布在材料中 與周圍基體相互之間有力的作用使材料難以磨。種作用在GF含量占15%時最佳， 時GF磨性最好。 圖15為不同GF用量時復(fù)合材料的摩擦系數(shù)。從圖15可看出，GF用量的增加，復(fù) 合材料的摩擦系數(shù)現(xiàn)先增后減的趨勢，在GF用量為10%時（2 # 樣品）摩擦系數(shù)最高。摩擦 力是剪切產(chǎn)生的，由于材料的界面非常固，所以剪切一般發(fā)生在復(fù)合材料的基 體上。因復(fù)合材料的整體強度決定摩擦力的大小，在GF含量占10%時，復(fù)合材料的整 體強度最小，時材料的摩擦系數(shù)最大。 力學(xué)性能分析 表2為加入2%偶聯(lián)劑和未添加偶聯(lián)劑時PVC木塑復(fù)合材料的力學(xué)性能。 從表2能比較清地看，加2%的偶聯(lián)劑后，試樣的拉伸強度、彎曲強度、彎曲彈 性模量、洛氏硬度都有明顯提高?？赡苁且驗镵H550偶聯(lián)劑的加入可顯著提高GF在PVC 基體內(nèi)的保長度。GF有經(jīng)過處理時不溶性的物質(zhì)容GF表面，使GF與PVC 不能充分濕潤。兩個原因直接導(dǎo)致處理后性能大幅度增加。外，如果GF有經(jīng)過處 理，則會因為其光的表面和PVC的結(jié)合能力較差，使PVC復(fù)合材料容在GF與 PVC的結(jié)合面部分產(chǎn)生性，使材料效。然GF經(jīng)處理之后，能與PVC較為 密結(jié)合在一起，時的GF可以看做一個一個的“位”，有所承的能量超過“位” 高度時，材料才會。偶聯(lián)劑的加入能增加位的高度。 從表3可以看，加KH550后，材料的拉伸強度、彎曲強度及彎曲彈性模量都明顯高于 加鈦酸酯的。是因為用KH550處理的復(fù)合材料界面結(jié)合性比用鈦酸酯處理的更好。用含有 氨基的偶聯(lián)劑和成膜劑處理的GF增強PVC復(fù)合材料，是因為使其界面層的結(jié)合改 善使材料的力學(xué)性能提高。 試樣 種類 拉伸強度 MPa 彎曲強度 MPa 彎曲彈性 模量GPa 沖擊強度 (kJ·m -2 ) 洛氏 硬度 添加 偶聯(lián)劑 35.9179 60.0674 4.2120 1.46 42.3 未添 加偶聯(lián)劑 24.6574 45.6209 1.9610 2.76 40.3 編號 拉伸強度 /MPA 彎曲強度 /MPA 彎曲模量/GPA 沖擊強度/ （kJ/m 2 ） 洛氏硬度/HRL KH550 35.9179 60.0671 4.2120 1.46 42.3 鈦酸酯 18.3548 37.3371 1.1303 4.35 44.0 摩擦磨性能分析 圖16、17分別為不同偶聯(lián)劑類型時PVC木塑復(fù)合材料的磨性和摩擦系數(shù)。 從圖16可以看出，用KH550處理過的PVC材料的磨性高于未經(jīng)過偶聯(lián)劑處理的材料。 是因為KH550偶聯(lián)劑增強無機高分子填料樹脂之間的結(jié)合面哿合強度，在摩擦過程 中，GF不從樹脂中落，低材料的磨粒磨，從增強磨性能。同時可以看， 用鈦酸酯處理過的PVC材料的磨性高于未經(jīng)過偶聯(lián)劑處理的材料。是由于實驗添加的鈦 酸酯物理性狀為哿狀黃色體，其在復(fù)合材料中的添加量較少，有2%，導(dǎo)致鈦酸 酯偶聯(lián)劑在材料中分布不均使其復(fù)合材料的磨性能下。同時明不是所有的偶聯(lián)劑 都能增強材料的磨性能。 從圖17可以看出，經(jīng)過KH550處理的材料的摩擦系數(shù)遠(yuǎn)小于未經(jīng)過偶聯(lián)劑處理的材料。 是因為偶聯(lián)劑增強無機高分子填料樹脂之間的結(jié)合面哿合強度，使原料的摩擦特性 明顯的提升。 經(jīng)過鈦酸酯處理的材料與未經(jīng)過偶聯(lián)劑處理的材料的摩擦系數(shù)相同，明鈦酸酯對 PVC木塑復(fù)合材料的摩擦系數(shù)影響不大。 ·98· 試 驗 研 究 農(nóng)業(yè)開發(fā)與裝備 2018年第6期 圖17 不同偶聯(lián)劑時PVC木塑復(fù)合材料的摩擦系數(shù) 3 結(jié)語 1</p>
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