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摘 要

木塑复合材料是一种由木材或纤维素为基础的材料与塑料（或者是多种塑料）制成的复合材料。用作制造木塑复合材料的热塑性材料主要有聚乙烯（PE）、聚丙烯（PP）等聚烯烃和聚苯乙烯（PS）、聚氯乙烯（PVC）。纤维部分刚开始是以木材为主要原料，现在逐渐往其他植物纤维拓展。木塑复合材料可以替代木材使用。

本文主要研究转速和温度对HDPE木塑复合材料的影响，测出其在不同转速和温度下的拉伸强度、弯曲强度与弯曲模量以及无缺口冲击强度。并画出这些力学性能的曲线图，然后进行分析比较，并得出结论。一般情况下，在转速为150rpm、温度为170℃条件下，其制备的木塑复合材料综合力学性能最佳，拉伸强度、弯曲强度和弯曲模量分别达到了38.01MPa、40.66MPa和2524MPa。

关键词：纤维素 热塑性材料 高密度聚乙烯 力学性能

The research on preparation and properties of HDPE wood plastic composite material——The influence of the processing technology（speed、temperature）

Abstract

WPC is a composite material made of wood or cellulose-based materials and plastic(or a variety of plastic). Used for manufacturing wood-plastics composites of thermoplastic materials are mainly of polyethylene(PE); polypropylene(PP) and other polyolefins and polystyrene(PS); polyvinyl chloride(PVC). Fiber is the part of the beginning of wood as the main raw material and now gradually expanding to other plant fibers. Wood plastic composite can be used instead of wood.

In this paper, we study the influence of speed and temperature on HDPE wood plastic composite, and measured tensile strength, flexural strength and flexural modulus and unnotched impact strength under different rotation speed and temperature. Then we draw graphs of these mechanical properties, carry on the analysis comparison and receive the conclusion. In general, when the rotating speed is 150rpm, the temperature is 170℃,the preparation of wood plastic composite comprehensive mechanical performance is the best. And the tensile strength, flexural strength and flexural modulus are up to 38.01MPa; 40.66MPa and 2524MPa.

Key words：Cellulose; Thermoplastic material; High density polyethylene; Mechanical properties

目录

摘要 I

Abstract II

第一章 绪论 1

1.1 引言 1

1.2 WPC市场容量和动态 1

1.3 国内外研究进展 2

1.4 理论概述 3

1.4.1 木塑复合材料 3

1.4.2 高密度聚乙烯（HDPE） 4

1.4.3 纤维素和木质纤维填料 5

1.4.4 马来酸化聚烯烃偶联剂 5

1.4.5 双螺杆挤出机 6

1.4.6 温度对木塑复合材挤出成型的影响 7

1.4.7 挤出速度 8

1.5 研究意义与内容 8

第二章 主要原材料性能研究 9

2.1 材料研究与测试方法 9

2.1.1 研究的材料 9

2.1.2 材料性能研究的仪器与设备 9

2.1.3原材料性能测试方法 9

2.2 分析与讨论 9

2.2.1 木纤维性能分析 9

第三章 实验部分 12

3.1 实验仪器与设备 12

3.2 实验原料 12

3.3 样品制备 12

3.3.1 原料配方 13

3.3.2 实验步骤 13

3.4 力学性能测试 13

第四章 结果与讨论 14

4.1 温度、转速对木塑复合材力学性能的影响 14

4.1.1 不同温度与转速时木塑的拉伸强度 14

4.1.2 不同温度与转速时木塑的弯曲强度 15

4.1.3 不同温度与转速时木塑的弯曲模量 16

4.1.4 不同温度与转速时木塑的无缺口冲击强度 17

第五章 结论 19

参考文献 20

致谢 22

第一章 绪论

1.1 引言

随着全球能源资源的日益枯竭以及环境污染的日益严重，人们开始对新型的环保低能耗的材料产生了更多的关注和研究。木塑复合材料（WPC）就是其中最为热门的关注对象之一。木塑复合材料主要是以热塑性塑料为基体，加入天然有机纤维（例如木粉、竹粉、糠粉等）作为增强填料以及合适的改性剂、增溶剂、或偶联剂等制得的复合材料。与单纯的热塑性塑料相比，木塑复合材料的力学性能更优异，质量更轻，同时木粉的来源广阔，价格低廉，所以其成本优势格外明显。与天然木材相比，木塑复合材料有良好的耐水性和抗腐蚀性，同时木塑材料是可再生的，更环保，保护了森林资源。所以，木塑复合材料的研究和开发是对资源利用率，环境保护以及可持续发展有着重要意义的。木塑复合材料目前在建筑材料，公共设施以及包装材料上有着广阔的发展前景。

然而，木塑复合材料还没有在工业上实现大规模的生产，原因有很多。主要原因是作为填料的天然有机纤维主要成分是纤维素，纤维素含有大量的羟基和酚羟基，这些基团是极性的；而热塑性塑料大部分为非极性或者弱极性的。所以二者复合时，虽然依靠塑料热熔，可得到宏观上均匀的共混体系，但界面相容性差，且由于木质纤维表面大量羟基的存在，容易形成氢键而聚集，使得木质纤维在热塑性材料中不能均匀分布，在外力作用下，这些木质纤维团聚体首先成为应力集中点，非常容易从基体树脂中拔出，使得复合材料的机械性能和尺寸稳定性降低^[1,2]。

因此改善木粉与塑料之间界面相容性是影响木塑复合材料的关键因素，目前常用的改善界面相容性的方法是有：对木质纤维表面极性官能团的酯化、醚化、接枝共聚、表面包覆；使用偶联剂改善木塑复合材料的相容性，增强其性能^[3,4,5]。

1.2 WPC市场容量和动态

美国市场上的两种主要WPC产品是铺板类和栏杆类，2006年总计为13亿美元，大约占全部铺板和栏杆（木材、塑料板材、乙烯基板材、WPC）的22%。倒退15年，在20世纪90年代初，整个铺板和栏杆类产品市场比目前的小两倍，木质铺板的份额占97%（目前为73%），WPC铺板的份额仅为2%（目前为22%），剩余部分是塑料铺板和栏杆。

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