高木材纖維含量聚丙烯基復合材料的制備及其性能

李正印，王偉宏

(生物質材料科學與技術教育部重點實驗室，東北林業大學，哈爾濱150040)

高木材纖維含量聚丙烯基復合材料的制備及其性能

李正印，王偉宏*

(生物質材料科學與技術教育部重點實驗室，東北林業大學，哈爾濱150040)

采用模壓和熱壓兩種成型方法制備高木材纖維含量的聚丙烯(PP)基木塑復合材料，研究不同工藝方法和木材纖維質量分數(50%～90%)對木塑復合材料吸水性、接觸角、表面自由能以及力學性能的影響，并通過掃描電子顯微鏡對復合材料的層間斷面形貌進行觀察。結果表明，木材纖維質量分數的提高使復合材料表面潤濕性增強，力學性能有所下降，儲能模量降低，玻璃化轉變溫度提高。當木材纖維質量分數達到80%時，復合材料仍可保持較好的彈性模量和沖擊韌性；24 h吸水厚度膨脹率小于15%，可在潮濕環境下使用；表面自由能極性分量與中密度纖維板相當。掃描電鏡結果表明，木材纖維質量分數增加可使復合材料的界面結合減弱。采用模壓工藝制備的復合板材密度較大，抗彎性能較好；熱壓工藝所制復合板材的潤濕性和沖擊強度均優于模壓工藝，在貼面裝飾方面具有潛在優勢。

聚丙烯；木材纖維；吸水性；力學性能；表面性能

木塑復合材料(wood-plastic composite, WPC)是以木質纖維和熱塑性塑料為原料，經熱加工制備而成的復合材料，因其兼具木材和塑料的雙重性能且易于加工[1-2]，被廣泛應用于生活和生產中的各個領域，如托盤類包裝制品，樓梯踏板、欄桿、戶外地板、模板等建材制品，以及汽車內裝飾、管材等其他產品[3-4]。木材纖維(WF)作為木塑復合材料的增強相，其含量對木塑復合材料的加工工藝和產品性能都有較大影響，并能決定木塑復合材料的使用環境[5-6]。目前，木塑復合材料多采用擠出成型[7-10]，木材纖維質量分數一般在60%左右。擠出成型時木塑復合材料的力學性能較好，彎曲強度大于40 MPa，沖擊強度大于7 kJ·m2，但是材料的表面自由能較低，在30 mJ/m2左右，不利于板材的貼面裝飾。采用熱壓成型工藝制備木塑復合材料，可將木材纖維的填充量提高到70%[11-13]，不但可以降低材料密度，還能改善其表面裝飾性能[14-15]。但是顆粒狀或粉末狀的塑料在與木材纖維混合時易沉落，難以均勻混合，造成復合材料性能下降。

采用纖維狀塑料可以改善塑料基質與木材纖維的混合均勻性，有利于提高木材纖維的填充量，但高含量木材纖維對復合材料性能的影響還有待研究。筆者采用纖維狀聚丙烯(PP)與木材纖維混合，利用模壓和熱壓兩種方式制備PP基木塑復合材料，探討木材纖維質量分數從50%增加到90%時復合板材的物理力學性能，以尋求低密度、低成本且性能優異的木塑復合材料的制備方法，為木塑復合材料在家具上的應用及表面裝飾提供參考。

1 材料與方法

1.1 試驗原料

中密度纖維板(MDF)用細長木材纖維，30～100目(595～147 μm)，含水率≤3%；纖維狀PP，0.07 mm(直徑)×6 mm(長)，大城縣南青州久耀密封材料廠；馬來酸酐接枝聚丙烯(MAPP)，接枝率1%，南通日之升高分子新材料科技有限公司。

1.2 儀器與設備

DHG-9625A型電熱恒溫鼓風干燥箱，上海一恒科學儀器有限公司；JD1A型電磁調速混料機，德力實業集團耐特公司；SHR-A型高速混合機，張家港市通沙塑料機械有限公司；XH-406B型電動加硫成型機，東莞市卓勝機械設備有限公司；CMT5504型萬能力學實驗機，美斯特工業系統有限公司；Q800型DMA，美國TA公司；OCA20型視頻光學接觸角測量儀，德國Datephsics instrument GmbH公司；QUANTA200型掃描電子顯微鏡，荷蘭飛利浦公司。

1.3 復合材料的制備

1.3.1 原料混合

將木材纖維在103℃條件下干燥24 h，使含水率低于3%，然后與PP纖維、MAPP粉末按表1所示的原材配比放入電磁調速混料機中混合10 min，之后再放入高速混合機中混合10 min。

1.3.2 WF/PP復合材成型

1)模壓成型法：先將模具預熱5 min，然后將混合料鋪放到160 mm×160 mm的鐵模腔中，蓋上上蓋板，送入熱壓機，180℃下先在0.4 MPa壓力下預壓3 min，然后升高壓力至2.2 MPa，熱壓7 min，之后冷壓8 min定型，控制板材厚度為4 mm。

表1 WF/PP復合材料的原料配比

注：MAPP添加量為木材纖維和PP總質量的4%。

2)熱壓成型法：先將混合料置于150 mm×170 mm的木框中預壓，然后撤去木框，將板坯送入熱壓機進行熱壓成型，溫度和加壓過程同模壓成型法，控制板材厚度為4 mm。

1.4 性能表征

1.4.1 密度和吸水厚度膨脹率測試

參照GB/T 17657—2013《人造板及飾面人造板理化性能試驗方法》進行測定，每組重復6次。

1.4.2 表面接觸角及表面自由能測試計算

將試件置于載物臺上，并調整位置清晰成像。在穩定條件(溫度20℃、相對濕度65%)下分別測試蒸餾水和乙二醇在試件表面的靜態接觸角。每次測試所用水滴為5 μL，測試時間60 s，每組試件測上下表面6個點，測試結果取平均值。兩種測試液體的表面張力參數見表2，表面自由能采用Owens二液法幾何平均方程與楊氏方程式進行測算。

表2 測試液體的表面張力參數

1.4.3 彎曲強度和沖擊強度測試

參照ASTM D790-03標準測試彎曲強度，每組測試8 個試件；參照ASTM D6110-2標準測試沖擊強度，每組測試10個試件。

1.4.4 動態力學分析

采用單懸臂模式測試，試件尺寸為35 mm×10 mm×3 mm，掃描頻率為1 Hz，測試溫度為-50～150℃，升溫速率為3℃/min。

1.4.5 掃描電子顯微鏡(SEM)分析

先將木塑復合材料制成40 mm×10 mm×4 mm的樣條，然后用液氮冷凍后脆斷，斷面經真空鍍金后用掃描電鏡觀察復合材料的層間斷面和橫斷面形貌，加速電壓為20 kV。

2 結果與分析

2.1 WF/PP復合板材的密度

采用熱壓和模壓兩種工藝制備的WF/PP復合板材密度如圖1所示。相同工藝制備的復合板材密度隨木材纖維質量分數的增加略有下降，熱壓工藝所制復合板材密度為0.65～0.70 g/cm3，模壓工藝所制復合板材密度為0.70～0.75 g/cm3。模壓工藝所制復合板材密度稍大，這是由于模壓時物料在模具中熔融，流動空間有限；而采用熱壓工藝時沒有邊框限制，物料向四周流動，制得的板材面積變大，密度下降。統計分析表明，當木材纖維質量分數為50%，60%和90%時，兩種工藝制備的板材密度出現明顯差異。

圖1 WF/PP復合板材的密度Fig. 1 Density of wood fiber/PP composites

2.2 WF/PP復合板材的吸水性能

WF/PP復合板材的吸水性能如圖2所示。隨著木材纖維質量分數的增加，復合板材的吸水厚度膨脹率呈上升趨勢，當木材纖維質量分數達到80%以上時出現大幅上升。木塑復合材料吸收水分主要是由于木材纖維含有大量的羥基，易于吸水。復合材料中木材纖維質量分數越多，塑料基質對其包覆作用越差，吸水率就越大。相同木材纖維質量分數下模壓工藝與熱壓工藝制備的木塑復合材料吸水厚度膨脹率基本相同，且吸濕膨脹后試件形態保持完整，并未出現纖維脫離的現象。

GB/T 11718—2009《中密度纖維板》標準中要求MDF吸水厚度膨脹率在干燥和潮濕狀態下分別不大于35%和18%，本研究中木材纖維質量分數在80%和90%時，復合材料的吸水厚度膨脹率分別為14.69%和27.35%。可以看出，當木材纖維質量分數不超過80%時，復合材料的耐水性可滿足潮濕環境使用要求；而當木材纖維質量分數達到90%時只能滿足干燥環境使用要求。因此，可根據使用環境合理選擇木材纖維用量，制備低成本且抗吸濕性能優異的木塑復合材料。

圖2 WF/PP復合板材的吸水性能Fig. 2 Moisture absorption of wood fiber/PP composites

2.3 WF/PP復合板材的表面接觸角和自由能

WF/PP復合板材的接觸角測定結果見表3。隨著木材纖維質量分數的增加，WF/PP復合板材的接觸角逐漸減小。PP是非極性材料，當添加了極性較強的木材纖維后會大大增強復合材料表面的潤濕性。木材纖維質量分數從50%增加到60%就可以使WF/PP復合板材的接觸角明顯下降。當木材纖維質量分數為80%以上時，復合板材表面的接觸角降到50°以下，與MDF相當(MDF的蒸餾水接觸角為40°左右[16-17])，潤濕性較好，有利于二次貼面加工時膠黏劑的潤濕。

與熱壓工藝相比，模壓工藝所制WF/PP復合板材接觸角略大，但差別不明顯。這是因為模壓時塑料流動空間小，板材冷卻后表面塑料基質較多，結皮效果更好，蒸餾水和乙二醇對其潤濕性較差。

表3 WF/PP復合板材的接觸角

WF/PP復合板材的表面自由能計算值見表4。兩種成型方式下，復合板材的極性分量和表面自由能值均隨木材纖維質量分數的增加而增加，非極性分量則逐漸減小。與木材纖維質量分數70%相比，木材纖維質量分數80%的復合板材極性分量呈跳躍式提升，在總表面能中開始占據主導地位。當木材纖維質量分數為90%時，復合板材的非極性分量小于1，表面自由能與極性分量幾乎相等。楊木的表面自由能為96.10 mJ/m2[18]，在高木材纖維含量情況下復合板材表面非極性的塑料基質非常少，更多地顯現了纖維特性。極性分量的提高為復合板材貼面裝飾操作提供了有利條件，使脲醛樹脂、異氰酸酯等極性膠黏劑更易與基材反應。MDF的極性分量在30 mJ/m2[16]以上，木材纖維質量分數為80%時的復合板材與其相當。

與模壓工藝相比，熱壓工藝制備出的WF/PP復合板材表面自由能更高，這是由于在熱壓過程中沒有模具限制，物料熔融后向四周擴散，使板材密度降低，表面塑料基質減少，與模壓板材相比潤濕性增強、接觸角增大，計算出的表面能較大。

表4 WF/PP復合板材的表面自由能

2.4 WF/PP復合板材的靜態力學性能

WF/PP復合板材的靜態力學性能見圖3。復合材料的彎曲強度和彈性模量都隨木材纖維質量分數的增加呈下降趨勢。這是因為隨著木材纖維質量分數的增加，纖維易出現團聚現象，而纖維狀的PP在混料過程中由于高速旋轉產生靜電作用也會出現纖維纏結，使得物料混合均勻性變差，木材纖維和塑料基質之間不能充分穿插和復合，產生缺少PP黏結的孔隙幾率增大，導致復合材料的彎曲強度和彈性模量降低。但這一點有利于保持沖擊強度，受到沖擊外力時微小孔隙吸收的能量較多，所以木材纖維質量分數低于80%時復合板材的沖擊強度沒有明顯下降。與50%相比，木材纖維達到90%時復合板材的沖擊強度下降約20%，與抗彎性能相比下降幅度很小。由于在復合板材中木材纖維與基體塑料的體積比對彈性模量有十分顯著的作用[19]，隨著木材纖維質量分數的提高，木材纖維對復合材料彈性模量的貢獻增大，且木材纖維的彈性模量高于PP塑料。因此，當木材纖維質量分數從60%增加到80%時，木材纖維對彈性模量提高的貢獻部分抵消了物料混合均勻性變差帶來的不利影響，復合材料的彎曲強度和彈性模量下降趨勢不明顯。但當木材纖維質量分數達到80%以上時，缺乏足夠的塑料基質黏結纖維，在木材纖維團聚部分易發生斷裂，力學性能明顯降低。

由圖3可知，采用熱壓工藝制備的復合板材沖擊強度高于模壓工藝，而彎曲強度和彈性模量低于模壓工藝。這是由于在熱壓過程中沒有邊框限制，塑料基質向四周流動的空間相對較大，滲入到木材纖維內部的塑料較少，使得復合板材的界面結合相對較差；此外，板材密度下降也是原因之一。密度低則孔隙率高，有利于吸收能量，表現為熱壓工藝制備的板材沖擊強度較高。

圖3 WF/PP復合板材的靜態力學性能Fig. 3 Mechanical properties of wood fiber/PP composites

2.5 WF/PP復合板材的動態力學性能

WF/PP復合板材動態力學分析曲線見圖4。復合材料的儲能模量隨著木材纖維質量分數的增加而逐漸降低，這是因為木材纖維質量分數越高，在復合體系內越容易發生團聚，木材纖維與聚丙烯塑料的界面結合逐漸減弱[20]。由圖4a和4b可知，相比于熱壓工藝，在相同木材纖維質量分數和同一測試溫度下，模壓工藝制備的復合板材儲能模量更高，這與抗彎性能測試分析結果相同。

圖4c和4d為兩種成型工藝下復合板材的損耗角正切曲線。隨著溫度的升高，損耗角正切曲線會出現兩個松弛峰，其中位于0℃附近的是主轉變峰，為復合材料中PP非晶區的β松弛轉變(玻璃化轉變)，該轉變對應的溫度為復合材料的玻璃化轉變溫度(Tg)[21]。在75℃附近出現的峰為復合材料中PP結晶區的α松弛峰，代表復合材料的阻尼性能[22]。WF/PP復合板材的轉變溫度及損耗因子見表5。隨著木材纖維質量分數的增加，復合材料的β松弛峰逐漸升高并右移。這是因為隨著木材纖維質量分數的增加，塑料質量分數減少，而木材纖維的隔熱性能較好，塑料吸熱滯后，造成復合板材玻璃轉化轉變的滯后。當溫度繼續升高，且塑料基體減少時，由于PP塑料的假塑性流變特性，使得吸收較少的熱量就可以使分子鏈段在較低的溫度下產生滑移。隨著木材纖維質量分數增加，復合板材的α轉變溫度向低溫移動，這可能是因為纖維之間的塑料基質少，結晶總量降低，分子鏈段在熱作用下易于出現滑移[23]。當木材纖維質量分數為50%～70%時，復合材料的各損耗角正切曲線較為接近；當木材纖維質量分數超過70%后，復合材料的損耗角正切明顯高于低木材纖維含量的，阻尼特征更加明顯。

熱壓工藝的β轉變峰值略低于模壓工藝，且其β轉變溫度較高，α轉變溫度較低。這主要是因為熱壓過程中塑料流動較大，塑料對木材纖維包覆效果更好，木粉與聚合物分子鏈之間的相互作用限制了聚合物分子鏈的運動，使參與結晶的分子鏈減少，導致了結晶度下降[24]。

圖4 WF/PP復合板材的動態力學性能Fig. 4 Dynamic thermomechanical properties of wood fiber/PP composites

復合材料代號模壓工藝熱壓工藝β轉變溫度/℃β損耗因子α轉變溫度/℃α損耗因子β轉變溫度/℃β損耗因子α轉變溫度/℃α損耗因子50WPC11950053974530070913420050370240071360WPC12560054374490072914310052369800075470WPC13620056472890075914390054268570076480WPC14530065471940085715120062767630084790WPC163100741717100891160000701671300895

2.6 WF/PP復合板材的SEM分析

在SEM下觀察模壓和熱壓工藝制備的復合板材層間斷面和橫截面形貌，分別如圖5和6所示。隨著木材纖維質量分數的增加，纖維間填充的PP塑料基質減少，即PP對木材纖維的包覆作用逐漸減弱。木材纖維質量分數70%以上的熱壓板材出現較多空隙，對板材性能造成影響，纖維質量分數為90%時尤為明顯，木材纖維間存在較大空隙，缺少塑料介質的黏接，在宏觀上表現為力學性能降低。熱壓工藝所制復合板材的界面結合差別不明顯，其沖擊斷面有更多的纖維翹起(圖6d、6e和6f)，與PP基質脫黏，起到吸收能量的作用。

圖5 WF/PP復合板材層間斷面掃描電鏡圖(200×)Fig. 5 SEM images of wood fiber/PP composites interlamination fracture surface (200×)

圖6 WF/PP復合板材橫截面掃描電鏡圖(100×)Fig. 6 SEM images of wood fiber/PP composites cross section(100×)

3 結 論

1)隨著木材纖維質量分數的增加，聚丙烯基復合材料的耐水性減弱，但纖維質量分數為80%時仍可滿足潮濕環境下的使用要求；纖維質量分數的增大可逐漸減小復合材料的表面接觸角，而表面自由能和極性分量則逐漸增大，復合材料的潤濕性增強，有利于貼面裝飾。

2)隨著木材纖維質量分數的增加，復合材料的儲能模量逐漸下降，玻璃化轉變溫度向高溫區移動；當木材纖維質量分數從80%增加到90%時，復合材料的抗彎性能和抗沖擊強度降低較快。

3)掃描電鏡分析表明，隨著木材纖維質量分數的增加，聚丙烯對木材纖維的包覆作用逐漸減弱，空隙增多。

4)模壓工藝所制復合材料抗彎性能較好，但熱壓工藝制備的復合材料潤濕性能和沖擊強度均優于模壓工藝，在貼面裝飾方面具有潛在優勢。

[1]曹金星, 張玲, 張云燦. 木塑復合材料界面改性方法研究進展[J]. 高分子材料科學與工程, 2016, 32(8):171-176. CAO J X, ZHANG L, ZHANG Y C. Advances in interfacial modification methods of wood plastic composites[J]. Polymer Materials Science and Engineering, 2016, 32(8):171-176.

[2]王清文, 王偉宏. 木塑復合材料與制品[M]. 北京:化學工業出版社, 2007:11-15.

[3]王清文, 易欣, 沈靜. 木塑復合材料在家具制造領域的發展機遇[J]. 林業工程學報, 2016, 1(3):1-8. WANG Q W, YI X, SHENG J. Tailoring wood-plastic composites for furniture production:possibilities and opportunities[J]. Journal of Forestry Engineering, 2016, 1(3):1-8.

[4]劉濤, 何慧, 洪浩群, 等. 木塑復合材料研究進展[J]. 絕緣材料, 2008, 41(2):38-41. LIU T, HE H, HONG H Q, et al. Process in study on wood-plastic composites[J]. Insulating Materials, 2008, 41(2):38-41.

[5]FARUK O, BLEDZKI A K, FINK H P, et al. Biocomposites reinforced with natural fibers:2000-2010[J]. Progress in Polymer Science, 2012, 37(11):1552-1596.

[6]黃潤州, 冒海燕, 梅長彤, 等. 天然纖維/聚合物復合材料的研究進展[J]. 南京林業大學學報(自然科學版), 2016, 40(3):163-169. HUANG R Z, MAO H Y, MEI C T, et al. Research status and prospect of nature fiber reinforced polymer composites[J]. Journal of Nanjing Forestry University (Natural Sciences Edition), 2016, 40(3):163-169.

[7]杜虎虎, 李濤, 王偉宏, 等. 木粉含量對木粉-HDPE復合材料物理力學性能的影響[J]. 西南林業大學學報, 2013, 33(1):81-85. DU H H, LI T, WANG W H, et al. Effect of wood powder content on physical and mechanical properties of wood powder/high density polyethylene composites[J]. Journal of Southwest Forestry University, 2013, 33(1):81-85.

[8]LEU S Y, YANG T H, LO S F, et al. Optimized material composition to improve the physical and mechanical properties of extruded wood-plastic composites (WPCs)[J]. Construction and Building Materials, 2012, 29(7):120-127.

[9]王自瑛, 李珊珊. 高木粉填充量PE木塑復合材料的機械性能分析[J]. 塑料, 2012, 41(6):20-22. WANG Z Y, LI S S. Mechanical properties analysis of high content wood flour filled PE composite[J]. Plastics, 2012, 41(6):20-22.

[10]YEH S K, GUPTA P K. Improved wood-plastic composites through better processing[J]. Composites Part A:Applied Science and Manufacturing, 2008, 39(11):1694-1699.

[11]ZHANG Y L, ZHANG S Y, CHOI P. Effects of wood fiber content and coupling agent content on tensile properties of wood fiber polyethylene composites[J]. Holz als Roh-und Werkstoff, 2008, 66(4):267-274.

[12]曹巖, 王偉宏, 王海剛, 等. 制備方法對木塑復合材料彎曲性能的影響[J]. 復合材料學報, 2013, 30(s1):311-314. CAO Y, WANG W H, WANG H G, et al. Effect of preparation method on the flexural properties of WPC[J]. Acta Materiae Compositae Sinica, 2013, 30(s1):311-314.

[13]BENTHIEN J T, THOEMEN H. Effects of raw materials and process parameters on the physical and mechanical properties of flat pressed WPC panels[J]. Composites Part A:Applied Science and Manufacturing, 2012, 43(4):570-576.

[14]楊文斌, 李堅, 劉一星. 木塑復合材料表面潤濕性研究[J]. 福建師范大學學報(自然科學版), 2005, 21(3):19-21. YANG W B, LI J, LIU Y X. Study of surface wetting properties of wood/plastic composites[J]. Journal of Fujian Normal University (Natural Science Edition), 2005, 21(3):19-21.

[15]郭麗敏, 王偉宏, 王清文. 木粉-HDPE復合材料的單板貼面效果研究[J]. 西南林業大學學報, 2014, 34(5):95-98. GUO L M, WANG W H, WANG Q W. Study on veneer overlaid of wood-flour/HDPE composites[J]. Journal of Southwest Forestry University, 2014, 34(5):95-98.

[16]何華. 家具用纖維板表面性能及其對漆膜附著力影響的研究[D]. 長沙：中南林業科技大學, 2006.

[17]徐濟宏. 木材及人造板表面防水改性研究[D]. 南京：南京林業大學, 2011. XU J H. Research on the surface waterproof modification of wood and wood-based panels[D]. Nanjing:Nanjing Forestry University, 2011.

[18]阮重堅, 李文定, 張洋，等. 不同生物質材料的表面自由能[J]. 福建農林大學學報(自然科學版), 2012, 41(2):213-218. RUAN Z J, LI W D, ZHANG Y, et al. The surface free energy of different biomass materials[J]. Journal of Fujian Agriculture and Forestry University (Natural Science Edition), 2012, 41(2):213-218.

[19]楊文斌, 黃祖泰, 李堅, 等. 植物纖維/塑料復合材作地板基材的研究[J]. 福建林學院學報, 2005, 25(1):10-13. YANG W B, HUANG Z T, LI J, et al. Study on plant fiber/plastic composites as the motherboard of floorboard[J]. Journal of Fujian College of Forestry, 2005, 25(1):10-13.

[20]WANG Y, CAO J Z, ZHU L Z. Stress relaxation of wood flour/polypropylene composites at room temperature[J]. Wood and Fiber Science, 2011, 43(3):262-270.

[21]董曉莉, 鐘明強, 陳楓, 等. 聚丙烯/木質素復合材料制備及性能[J]. 新型建筑材料, 2010(6):1-4. DONG X L, ZHONG M Q, CHEN F, et al. Preparation and property of polypropylene/lignin composites[J]. New Building Materials, 2010(6):1-4.

[22]黨文杰, 宋永明, 王清文, 等. 木纖維/聚丙烯復合材料界面相容性及增韌改性的研究[J]. 北京林業大學學報, 2007, 29(2):133-137. DANG W J, SONG Y M, WANG Q W, et al. Interfacial compatibility and toughening modification of wood fiber-polypropylene composites[J]. Journal of Beijing Forestry University, 2007, 29(2):133-137.

[23]WANG P, LIU J Y, YU W, et al. Isothermal crystallization kinetics of highly filled wood plastic composites:effect of wood particles content and compatibilizer[J]. Journal of Macromolecular Science, Part B, 2011, 50(12):2271-2289.

[24]李思遠, 楊偉, 史煒, 等. 木粉/聚丙烯復合材料力學性能及結晶行為研究[J]. 塑料工業, 2005, 33(s1):146-149. LI S Y, YANG W, SHI W, et al. Mechanical properties and crystallization behavior of PP/wood flour composites[J]. China Plastics Industry, 2005, 33(s1):146-149.

Preparation and properties of polypropylene basedcomposites with high wood fibers content

LI Zhengyin, WANG Weihong*

(Key Lab. of Bio-based Material Science & Technology of Education Ministry, Northeast Forestry University, Harbin 150040, China)

Wood fiber reinforced polypropylene (WF/PP) composites were prepared through two processing methods of compression molding and hot pressing. The effects of wood fiber content (50%-90%) and processing methods on WF/PP composite properties, such as moisture absorption, contact angles, surface energy and mechanical properties were evaluated, and the interlamination fracture surface of composites were observed with the scanning electron microscope (SEM). The results showed that, with the increase in wood fiber content, the wettability of the WF/PP composites was improved, the mechanical properties were decreased, the storage modulus were reduced, and the glass transition temperature was increased. When wood fiber content reached 80%, the composites remained good flexural modulus and impact strength. The 24 h thickness swelling was lower than 15%, indicating that WF/PP composites could be used in humid environment. The surface energy polar components of WF/PP composites were comparable to that of medium density fiberboard. The results of SEM images showed that, with the increase in wood fiber content, the interface bonding of composites was weakened. Compared with the composites manufactured by hot pressing method, the composites made by compression molding method had higher density and better flexural modulus. However, the composites made by the hot pressing method showed better surface wettability and impact strength, indicating that the hot-pressed composite has advantage in terms of surface covering decoration.

polypropylene; wood fiber; water absorption; mechanical property; surface energy

2016-10-15

2016-12-10

國家自然科學基金(31670573)；黑龍江省自然科學基金(ZD2016002)。

李正印，女，研究方向為生物質復合材料。通信作者：王偉宏，女，教授。E-mail:weihongwang2001@nefu.edu.cn

TB332

A

2096-1359(2017)02-0009-07