24小時(shí)服務(wù)熱線
13764527021
多層夾芯結(jié)構(gòu)木塑復(fù)合材料阻燃與力學(xué)性能
星期四, 2月 29, 2024近年來，木材工業(yè)已逐漸發(fā)展成為能源消耗少、環(huán)境污染小的綠色低碳產(chǎn)業(yè)，在推進(jìn)碳達(dá)峰、碳中和的過程中發(fā)揮著重要作用。然而，由于森林資源的匱乏加之國(guó)家天然林保護(hù)工程政策，我國(guó)木材的供需矛盾日漸突出，木材對(duì)外依存度已超過 50%，開發(fā)制備高性能功能化的木塑復(fù)合材料（WPC）對(duì)于緩解木材資源緊張具有重要意義。WPC 是由木質(zhì)纖維和熱塑性塑料熔融共混經(jīng)擠出、熱壓或注塑成型而制得的一類環(huán)境友好型復(fù)合材料。它既繼承了木材的天然親和感、質(zhì)輕高強(qiáng)和易于加工的優(yōu)點(diǎn)，又克服了木材尺寸穩(wěn)定性差、不耐腐蝕、各向異性等缺陷，能夠作為一種高經(jīng)濟(jì)性復(fù)合材料并廣泛應(yīng)用于園林景觀、包裝物流、家裝及建筑等眾多領(lǐng)域。
然而，以木質(zhì)纖維、聚乙烯/聚丙烯為主要組分制備的木塑復(fù)合材料極易燃燒，在實(shí)際使用中必須進(jìn)行阻燃處理。膨脹型阻燃劑（IFR）體系通常由酸源、炭源和氣源組成，且已被證實(shí)可以顯著提高 WPC 的阻燃性能。當(dāng) IFR 被加熱或受到高溫燃燒時(shí)，炭源在酸源的催化作用下脫水成炭，碳化物在氣源分解的氣體作用下生成一種包裹在材料表面的較厚多孔膨脹炭層，用于隔絕熱傳導(dǎo)和可燃性氣體的擴(kuò)散，從而抑制 WPC 燃燒?？膳蛎浭‥G）作為 IFR 中的代表，價(jià)格低廉，無毒低煙，且膨脹倍率高，具有優(yōu)異的阻燃效果。
但是，與大多數(shù)添加型阻燃劑一樣，高含量EG 的引入通常會(huì)使 WPC 的力學(xué)性能嚴(yán)重下降。因此，研究人員嘗試從各種途徑來改善復(fù)合材料力學(xué)性能，盡可能將阻燃劑所帶來的影響程度降到最低。通過自組裝聚乙烯亞胺（PEI）/纖維素納米晶體（CNC）/APP 設(shè)計(jì)了一種支化交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)聚電解質(zhì)復(fù)合物（PEC），證實(shí) PEC 提供氫鍵間的互相作用能夠有效增強(qiáng)塑料基體與木質(zhì)纖維、阻燃劑之間的界面相容性，從而改善復(fù)合材料整體的力學(xué)性能。采用硬脂酸鈉對(duì)氫氧化鎂進(jìn)行表面改性處理，并與 EG 復(fù)配共同制備阻燃聚乙烯材料。結(jié)果表明，相較于未改性材料體系，改性氫氧化鎂與聚乙烯顆粒之間的相容性提高，增強(qiáng)了加工過程中阻燃劑與基體材料之間的結(jié)合性能。探究了 SiO2 對(duì) WPC 力學(xué)性能的影響，結(jié)果表明，在粒子均勻分散的前提下，0.5~9wt%的 SiO2能夠?qū)?fù)合材料的力學(xué)性能提升15%~30%；探究了不同含量的納米二氧化硅（n-SiO2）對(duì) HDPE 基木塑復(fù)合材料力學(xué)性能的影響，結(jié)果表明，n-SiO2 用量為 5wt%時(shí)，對(duì)復(fù)合材料的增強(qiáng)效果最佳；對(duì)比研究了EG/APP 在 WPC 中分散分布和分層分布對(duì)材料阻燃性能和力學(xué)性能的影響，結(jié)果表明，分層分布的阻燃 WPC 能夠更好地提升材料的阻燃性能和彎曲強(qiáng)度。
基于上述研究結(jié)論，本研究以 EG 為阻燃劑，n-SiO2 為增強(qiáng)劑，制備了表層阻燃、芯層增強(qiáng)的多層夾芯結(jié)構(gòu)木塑復(fù)合材料，并探究不同的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)對(duì)復(fù)合材料阻燃和力學(xué)性能的影響，研究結(jié)果對(duì)開發(fā)高性能、功能型木塑復(fù)合材料，拓展木塑復(fù)合材料的應(yīng)用領(lǐng)域具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。
