E林娜,等:
木塑复合材料加速老化性能的研究
木塑复合材料
加速老化性能的研究
王林娜蔡建臣薛平
北京化工大学塑料工程研究所,北京100029)
摘要研究了太塑复合材料在氩灯加速老化环境老化后的性能变化。结果表明,材料老化后表面发生褪色现
象,弯曲强度和弯曲弹性模量分别损失10%和20%。通过扫描电子显微镜可以看出材料老化后表面出现微孔和细
小裂缝,表面细长物质增多。接触角测试则证明了老化50h后增多的细长物质为木粉,老化75h和100h后增多的
细长物质为HDPE老化断链后的低分子物。通过X射线光电子能谱对材料表面元素状态及含量的变化分析可知,
老化后材料表面发生了氧化。
关键词木塑复合材料老化性能接触角X射线光电子能语分析
木塑复合材料作为一种新型绿色环保材料
氙灯加速老化箱:自制,如图1所示,其具备以
泛应用于室内装修、户外园林及建筑模板等领域。下功能:通过触发长弧氙灯,使得试样能在氙灯的长
它的使用貝有显著的经济效益和社会效益,而且与期连续照射下发生光老化;通过电机的长期连续工.
当今新材料行业“以塑代钢”、“以塑代木”的大趋势作,带动试样盘以恒定速度旋转,消除了光照的不均
相吻合。但是,当木塑复合材料长期用于户外时性匀性,使试样能受到均匀的照射。
能会严重降低并使其使用受到限制,所以对木塑复
合材料老化性能的研究便显得十分重要。为此,
笔者对木塑复合材料在氙灯加速老化环境老化后的
性能变化进行了研究,并采用多种测试手段深入分
析了木塑复合材料老化的原因。
1实验部分
1自制老化箱实物图
1.1主要原材料
1.3试样制各
HDPE废旧塑料:北京环峰塑胶制品有限公司
将木粉在80℃下干燥24h,并与HDPE及其它
木粉:180um,石家庄纪源达工贸有限公司;
加丁助剂通过高速混合机混合均匀,然后将共混料
加工助剂:市售。
用模压机模压成型,脱模、裁切成标准试样。
1.2主要设备、仪器
4性能测试
烘箱:SFG-02.400型,黄石市恒丰医疗器械有
将试样放入自制的氙灯加速老化箱进行加速老
限公司;
化,每隔一定时间取出试样进行下列性能测试。
高速泥合机:SHR-50A型,张家港市三兴江帆
利用分光光度测色仪对老化前后试样的颜色变
机械厂;
化进行测试,波长范围为360~700nm,每个时间段
模压机:400mmx400m,郑州鑫和机器制造测试2个试样;
有限公司;
弯曲性能按CB/T1042-1979测试,采用三点
分光光度测色仪: Color i5型,爱色丽公司;
式加载负荷,试样老化表面向下,使其在弯曲过程中
万能材料试验机: MODEL1185型、英国 Instron
受拉伸;
公司
利用SEM对老化前后试样的微观结构进行观
扫描电子显微镜(SEM):S-4700型,日本Hi
察并拍照
taci公司;
接触角测量仪:OCA20型,德国 Pataphysics
利用接触角测试仪对老化前后试样的接触角进
行测试;
X射线光电子能谱仪(XPS):MKI型;英国VG
2009年北京市教委共建项目
公司;
收稿尸期:2009-12-04
稈塑料应用
2010年,第38卷,第2期
利用XPS对老化前后试样的结构变化进行测h时又下降到25h的水平。而25h之后弯曲强度
试,扫描范围为0~1350eV。
变化则不太明显。弯曲弹性模量的变化趋势与弯曲
2结果与讨论
强度大体相同,只是试样老化之后,弯曲弹性模量保
2.1表面颜色
持率仅在80%左右,整体低于弯曲强度的变化率
木塑复合材料老化后最直观的变化是材料表面
的颜色变化,试样老化100h后,可以用肉眼观察到
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其发生了严重褪色。为了更加深人具体地研究材料
的颜色变化,笔者采用分光光度测色仪对老化前后
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试样进行了色变测试,该测色仪使用L,a,b表色系
一-,,,.」
统,颜色变化可用式(1)进行表示(2。
020406080100
老化时间/h
△E=△2+4a2+△b2
(1)
1一弯曲强度;2一弯曲弹性模量
式中:AE褪色程度;
图3木塑复合材料弯曲性能随老化时间的变化
L0~100,+△L表示变白,-4L表示变
产生上述变化趋势的原因可能是与木塑复合材
黑
料老化后表面结构的变化及HDPE老化后分子结构
a---150~+150,+△a表示变红,-△a表的变化有关,具体关系有待于进一步的测试分析。
示变绿;
2.3表面徽观结构
150~+150,+△b表示变黄,-△b表
为研究木塑复合材料老化后表面微观结构的变
示变蓝。
化,利用SEM对老化前后的试样分別进行了拍照并
木塑复合材料△L和△E变化如图2所示。
观察,结果如图4所示。
2030405060708090100
(b)
老化时向/h
1ー△E;2-
图2木塑复合材料表面色随老化时间的变化
从图2可以看出,试样老化25h后AE值已经
达到了5.55,表明材料表面严重褪色。随着老化时
间的增加,△E值逐渐变大,老化100h后增加至
(d)
9.38,但是其变化趋势与时间并不是线性关系。在
25h~50h和75h~100h时△E值变化很小,但在
50h~75h时的△E值显著增大。由此可以推断材
料表面褪色是一个阶段性现象,这与前人研究结果
相吻合。△L变化趋势与AE基本相同,表明木塑
材料褪色主要是由于表面变白,其它色素则变化较
小,即a、b值不是影响AE的主要因素
a一老化前:b一老化25h;c一老化50h;
老化75h;e一老化100h
2.2力学性能
图4木塑复合材料表面微观结构随老化时间的变化
木塑复合材料老化前后弯曲强度和弯曲弹性模
从图4可以看出,老化前的试样表面很光滑,木
量的变化如图3所示。从图3可以看出,试样老化粉大多被HDPE包裹起来;而老化25h后,试样表
25h后弯曲强度发生显著降低,仅为老化前的面开始出现孔洞,不再光滑,甚至出现片层现象;老
90%;25h~75h之间,略有上升,但幅度很小;100化50h后,试样表面孔洞变大,开始出现细长物质,