PS木塑复合材料的研究进展
摘要: 本文首先介绍PS木塑复合材料的研究背景，对国内PS木塑复合材料的研究进展进行了综述，进而探究了PS木塑复合材料的研究方法。
关键词:PS木塑复合材料；国内外研究现状；增韧方法。
一、文献综述
木塑复合材料，简称 WPC（即Wood-Plastic Composites），是以热塑性塑料为基体材料，植物纤维为增强材料复合而成的一种新型复合材料。其中可作为木塑复合材料的热塑性基体主要包括: PP、PE、PVC、PS等，木粉一般采用杨木粉、桉木粉、竹粉等。现阶段木塑复合材料的制备主要是挤出成型和模压成型，将木粉和塑料经高速混合机混合均匀后，加入到挤出机中(一般使用双螺杆挤出机)，熔融共混后从特定形状的出料口挤出成型，或直接将物料熔融共混后注入模具中压制成型，最后根据需要对成型的木塑复合材料进行加工处理和性能测定等研究[1]。
当今，可持续发展能源和环保可降解材料的开发与研究已成为各国的科研项目重点[2-3]。木塑复合材料因为其优良的加工性能和使用维护性能，正吸引着全世界人们的注意。WPC除了具备生物质纤维的高强度和高弹性，同时也具备热塑性树脂的高韧性和耐疲劳性，可以充分发挥二者的优良特性代替木材使用；同时具备尺寸稳定性好、耐酸碱腐蚀、耐水、防虫、易着色、维护成本低、易加工成型、使用年限长等优良性能，目前已被广泛应用于汽车、建筑、室内装饰和运输等行业[4]。
虽然木塑复合材料具有上述诸多优点，但是，木粉和塑料共混最大的缺陷是所制成的复合材料的冲击强度和拉伸强度较差，这是因为疏水性的聚合物和亲水性的木粉之间存在着较弱的界面结合力。所以提高木塑复合材料的力学强度，尤其是抗冲击强度对于扩大木塑复合材料的使用范围，延长材料的使用寿命，保护环境以及节约资源等方面具有极其重要的作用。
2003年肖泽芳[5]等以废弃聚苯乙烯泡沫塑料和实木家具制造过程中产生的废弃物——砂光粉为主要原料，通过熔融挤出方式制备木材-聚合物复合材料。回收的聚苯乙烯泡沫塑料(RPS)经清洗、干燥、粉碎后，于125℃下加热收缩成再生颗粒。将RPS再生颗粒、砂光木粉、偶联剂(马来酸酐接枝聚苯乙烯，MAPS)和润滑剂等加工助剂于高速混合机中混合均匀，然后用30mm双螺杆／45mm单螺杆双阶塑料挤出机组在160℃～190℃下进行挤出复合。较系统地研究了木粉含量、偶联剂添加量和双螺杆挤出机的螺杆转速等主要挤出工艺参数对复合材料的吸水性能、拉伸强度、弯曲强度、动态机械性质(存储模量E′和损耗正切角tan delta;)的影响规律，初步确定了适宜工艺条件，主要结论是：1)木粉含量的增加使得复合材料的吸水性能增加，动态机械性质下降。复合材料的拉伸强度和弯曲强度在木粉含量为10％、30％和50％时低于RPS。20％和40％木粉含量的复合材料的这两项强度高于RPS。2)添加偶联剂以后，木粉和聚苯乙烯相容性提高，复合材料的上述性质不同程度地得到了改善。当添加20％的偶联剂时，木粉含量为40％和50％的复合材料的吸水量减少了一倍；存储模量高于未加偶联剂的复合材料，弯曲强度和拉伸强度分别增加了10％和40％以上。3)双螺杆挤出机的转速影响着木粉偶联剂和聚苯乙烯的均匀混合程度。研究发现，双螺杆转速为40rpm时，复合材料性质好于其它转速。4)木粉含量为40％，偶联剂含量为20％的复合材料其力学强度(拉伸强度为40.22Mpa，弯曲强度为76.192Mpa)和存储模量明显高于其他工艺条件的复合材料。5)木粉-再生聚苯乙烯复合材料挤出工艺的适宜工艺条件为：物料配比为木粉含量40％；偶联剂含量20％；温度160℃～190℃；双螺杆转速40rpm。
2007年姜锋[6]等以高木粉含量的木粉/聚丙烯复合材料为研究对象，其中木粉含量为 60%，首先研究了铝酸酯对木粉的活化作用，得出铝酸酷的最佳用量以及处理效果：然后采用乙烯-1-辛烯共聚物弹性体(POE)、纳米CaCO3以及木纤维作为增韧改性剂，研究了这三种增韧改性剂对复合材料力学性能的影响，并采用正交试验，研究它们之间的协同效应。结论如下：1）使用铝酸酯偶联剂处理木粉可以有效地降低木粉/石蜡体系的粘度以及木粉的吸油值，同时能够增加木粉的活化度，这说明在经过铝酸酯处理后，木粉具有更好的亲油疏水性；研究表明铝酸酷的最佳用量为2%。2）对复合材料进行力学试验，结果表明，加入POE可以有效地提高木粉/聚丙烯复合材料的抗冲击强度，虽然对强度性能会有负面影响，但是加入12%的POE仍旧可以使复合材料的强度性能满足标准要求；加入3%的纳米CaCO3可以同步提高复合材料的无缺口冲击强度、拉伸强度、弯曲强度以及弯曲模量，这说明纳米CaC03具有同步增韧增强的作用。然而，增加纳米CaCO3的用量对复合材料的力学性能会产生负面的影响；加入6 %的木纤维也具有同步增韧增强的作用，但是进一步增加木纤维的加入量会使力学性能降低；正交试验的结果表明：POE对复合材料力学性能的影响十分显著，其次为木纤维，最后是纳米CaCO3。其中POE的加入量为12%，木纤维和纳米CaCO3的加入量分别为6%和3%可以最大程度地提高复合材料的冲击强度。
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