竹粉含量對竹塑復(fù)合材料性能的影響
摘要：采用不同比例的竹粉制備竹粉/高密度聚乙烯復(fù)合材料，研究其對于復(fù)合材料性能的影響。結(jié)果表明：復(fù)合 材料的斷裂伸長率有先減小，后增大的變化趨勢；拉伸強度則先增大后減小。竹粉質(zhì)量含量為40 %，斷裂伸長率達到 最小值，拉伸強度達到最大值。沖擊和彎曲強度有所提高，竹粉含量增大，復(fù)合材料的熔體指數(shù)逐漸減低。
關(guān)鍵詞：竹塑復(fù)合材料；竹粉含量；性能；高密度聚乙烯；熔體指數(shù)
竹塑復(fù)合材料是竹材纖維與塑料的有機結(jié)合，兼有塑料和 竹材的特點：防潮，防腐，耐蟲蛀，不開裂，不翹曲，并且具有良好 的二次加工性。不但可以解決廢舊竹材的利用問題，減少塑料 和木材的消耗量，而且以木纖維為主要原料的木塑復(fù)合材料已 經(jīng)在汽車、建筑和包裝等行業(yè)獲得了廣泛應(yīng)用。
竹塑復(fù)合材料的成型過程中，竹粉的含量對于復(fù)合材料的 性能具有重要影響。竹粉含量較大時，復(fù)合材料的流動性能較 差，成型難度較大；但是隨著塑料含量的下降，材料的成本也有 所下降。并且竹粉的含量不同時，所需要的偶聯(lián)劑和潤滑劑的 含量也不相同，所以竹粉的含量是一個主要因素?，F(xiàn)在注射用 竹塑復(fù)合材料的竹粉質(zhì)量含量在50 %以下，當(dāng)含量過大時，造 成復(fù)合材料的充模困難，表面缺陷嚴(yán)重，影響材料的性能。
文章通過實驗研究竹粉質(zhì)量含量在30 %、40 %和50 %情 況下的復(fù)合材料性能，確定竹粉含量對于材料性能的影響.
1 試驗部分 1-1 主要原料
聚乙烯：DMDA-8008，獨山子石化；
竹粉：140目，市售；
鈦酸酯：南京正銀化學(xué)試劑有限公司；
馬來酸酐接枝聚乙烯：GPM120，寧波能之光新材料有限 公司；
硬脂酸:分析純，天津凱通化學(xué)試劑有限公司；
石蠟：臨沂正元石蠟化工有限公司。
1.2 主要設(shè)備和儀器
邵式D硬度計:TH210，北京時代之峰科技有限公司；
全自動塑料注射成型機：TT1-130F2V,東華機械公司； 同向雙螺桿擠出機:TE-20,科倍隆•科亞（南京）機械有限 公司；
電子懸臂梁沖擊實驗機：XJUD-5.5，承德市金建檢測儀器 有限公司；
微機控制萬能試驗機:深圳市新三思材料檢測有限公司； 熔體流動速率儀：XNR400C1，承德市金建檢測儀器有限
公司；
干燥箱：202-2，上海實驗儀器總廠。
2試樣制備與性能測試
2. 1 試樣制備
滑劑，制備竹粉、高密度聚乙烯配比為3: 7/4: 6/5: 5的復(fù)合材料 試樣，測試其力學(xué)和流動性能。
2.2 性能測試
按照GB/T 1040. 2-2006，在萬能試驗機上，以10 mm/min 的速度對試樣施加拉伸載荷，直到試樣斷裂。記錄試樣承受的 最大力，然后按照以下公式計算試樣的拉伸強度。
式中，6—試樣寬度，10 mm；c?—試樣厚度,4 mm；P—拭樣的最大 拉伸載荷，N。
在電子懸臂梁沖擊實驗機，按照國標(biāo)GB/T 1843-2008，測試 試樣在高速沖頭作用下產(chǎn)生塑性變形或破壞吸收的能量，然后 按照以下公式計算試樣的無缺口沖擊強度。
OL = , £ , X 103 (2)
b x d
式中，£ 一試樣產(chǎn)生變形或破壞吸收的能量，J。
在萬能試驗機上，控制壓頭以2.0 mm/min速度運動，使試 樣發(fā)生彎曲。記錄試樣發(fā)生破壞的最大載荷值，然后按照以下 公式計算彎曲強度。
式中，P—載荷值，—試樣的跨度，40 mm.
在熔體流動速率儀上，按照國標(biāo)GB/T3682-2000，測定復(fù)合 材料在黏流狀態(tài)時一定時間從口模中流出的質(zhì)量，然后按照以 下公式計算每段試樣熔體指數(shù)
MI(e,mnm) =tj£^ ⑷
式中4一試驗溫度，t —標(biāo)稱符合，kg;m—切段的平均質(zhì) 量，g;t„y—參比時間（10 min) >S(600 s) 切斷的時間間隔，s;
—熔體指數(shù)，g/10 min。
3試驗結(jié)果與分析
3.1 竹粉含量對于復(fù)合材料拉伸強度和斷裂伸長率 的影響
復(fù)合材料的斷裂伸長率有先減小，后增大的變化趨勢；拉伸 強度則相反，先增大后減小。竹粉質(zhì)量含量為40 %，斷裂伸長 率達到最小值2. 41 %，拉伸強度達到最大值11.70 MPa。在復(fù) 合材料中，剛性竹纖維起到阻礙聚合物分子鏈段運動的作用。 隨著竹粉含量的增加，對聚合物分子鏈運動的阻礙作用越強，因 此材料的斷裂伸長率減小，拉伸強大增大。伴隨竹纖維含量的 增加，聚合物所占比例相對減小，承受力的部分減小，并且竹粉 的分散變得困難，團聚現(xiàn)象嚴(yán)重，產(chǎn)生應(yīng)力集中，使材料的拉伸 強度減低，斷裂伸長率增大，見圖1。
3.2 竹粉含量對于復(fù)合材料沖擊強度和彎曲強度的 影響
由圖2可知，隨著竹粉含量的增加，材料的沖擊強度先稍微 有所增大之后逐漸減小。竹粉質(zhì)量含量為35 %時，材料的沖擊 強度最高，比含量50 %時高出11.4 %。分析其主要原因是竹 纖維在材料中，不能通過變形，吸收沖擊能量，起到應(yīng)力集中物 的作用。聚合物所占比例的相對減小，意味著材料基體中傳遞 能量的能力逐漸降低。以上兩點使材料的沖擊強度逐漸降低。
與沖擊強度略微有所不同的是彎曲強度有先逐漸增大，后 減小的趨勢。竹粉質(zhì)量含量為40 %時，材料的彎曲強度最大， 達到47. 25 MPa,分別比30 %和50 %時，高出13. 4 %和
17.9 %。當(dāng)竹粉含量較小時，作為連續(xù)相的聚合物分子與竹纖 維發(fā)生相互接觸、交叉和纏繞，使材料的彎曲強度逐漸升高。隨 著竹粉含量的增加，材料中的應(yīng)力集中點變多，材料傳遞能力作 用的減弱，使彎曲強度迅速降低。
3.3 竹粉含量對于復(fù)合材料硬度的影響
由圖3可知，隨著竹粉含量的提高，材料的硬度逐漸增加， 竹粉質(zhì)量含量為50 %時，硬度達到最大值64. 7，比含量30 % 時高出3.4 %。竹纖維不易變形，使材料的硬度逐漸提高。
3.4 竹粉含量對于復(fù)合材料熔體指數(shù)的影響
由圖4可知，隨著竹粉含量的增加，材料的熔體指數(shù)逐漸降 低。竹粉質(zhì)量含量為30 %，材料的流動性能最好，熔體為
拉伸強度則先增大后減小。竹粉質(zhì)量含量為40 %，斷裂伸長率
達到最小值，拉伸強度達到最大值。
2)隨著竹粉含量的提高，材料的沖擊強度逐漸減低。彎曲
強度先增大，后減小。
3)材料硬度隨著竹粉含量的提高，逐漸增大，熔體指數(shù)則相反。
