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95 试 验 研 究 农业开发与装备 2018年第6期 摘要：采用模压成型的方式、通过实验探索玻璃纤维（GF）含量 及偶联剂处理对聚氯乙烯（PVC）/稻壳木塑复合材料的力学特性 和耐磨性的影响。实验结果表明：PVC/稻壳木塑复合材料的硬度 随GF含量增加呈现先减小后增大的趋势。GF含量在15%以下时， 随着GF用量的增大，木塑复合材料的拉伸强度与冲击强度总体上 随之变大，超过15%则随GF含量增大而减小。而弯曲强度出现先 减后增的趋势，弯曲弹性模量则与之相反。木塑复合材料的耐磨 损性在GF含量为15%时最佳，摩擦系数在10%时最大。合适的偶 联剂处理能增强木塑复合材料的力学性能和耐磨性。其中-氨丙 基三乙氧基硅烷（KH550）的增强效果比较好，钛酸酯不能提高 PVC/稻壳木塑材料的力学性能和耐磨性。 关键词：玻璃纤维；聚氯乙烯；木塑复合材料；偶联剂；力学性 能；耐磨性 0 引言 聚氯乙烯（PVC）木塑复合材料是以PVC和木质纤维为主要 原料制成的复合材料，兼具有木质材料的使用性能和塑料的热塑 加工性能，主要可用作天然木材的替代而广泛使用 1 。其自身的强 度高、阻燃性能强、抗有害生物特性和耐腐蚀性能好成为用作结 构材料的首选 2-4 ，但是该材料同样因为具备弯曲强度、冲击强度 差，热变形温度低及抗蠕变性差等缺点而降低了实用性 5 。传统 PVC增韧改性通常是在树脂中加入橡胶类弹性体，是以降低材料 宝贵的刚性、耐热性、尺寸稳定性为代价的 6 。目前，国际上较热 门的方式是通过加入刚性的增韧纤维既增强力学性能又不影响综 合性能 7 。利用玻璃纤维（GF）增强木塑复合材料不仅可以让其 拥有较好力学性能与摩擦磨损性能 8 ，还能兼具良好的耐疲劳特 性。 在PVC复合材料中加入一定偶联剂或成型剂等可以在一定程 度上提高复合材料的稳定性 9 。同时能增强界面相容性从而提高材 料的力学强度，很明显地让GF较多地保留在PVC当中，从而提高 GF在PVC中保留的长径比 10-11 。GF没有经过处理时不溶性的物质 容易附着到GF表面，使得GF与PVC不能充分湿润。这两个原因直 接导致处理后材料的耐磨性及力学性能大幅度增加。 笔者通过在PVC/稻壳木塑复合材料中加入不同含量的稻壳、 GF及偶联剂-氨丙基三乙氧基硅烷（KH550）与钛酸酯，采用模 压成型方法来探究GF及偶联剂含量对木塑复合材料的力学性能及 摩擦磨损性能的影响。 1 实验部分 1.1 主要原料 稻壳：6080目（180250 m），自制； PVC：DG-1000K，天津大沽化工有限公司； GF：市售，东海县富彩矿物制品有限公司； KH550：分析纯，广州惠欣化工有限公司； 钛酸酯：化学纯，广州泰瑞新材料有限公司； 酒精：HY95，新泰市华源医疗卫生用品有限公司； 蒸馏水：分析纯，自制。 1.2 实验仪器 电子天平：UTP-313型，上海花湖电器有限公司； 平板硫化机：XLB-0型，潮州顺力橡胶机械有限公司； 台锯：GTS10 J型，博士集团（中国）有限公司； 电动振筛机：8411型，浙江省上虞市道墟星峰仪器厂； 电热恒温鼓风干燥箱：DG101-4型，南京盈鑫实验仪器有限 公司； 万能试验机：CMT-6104型，美特斯工业系统（中国）有限公 司； 洛氏硬度计：XHR-150型，上海联尔试验设备有限公司； 简支梁冲击试验机：XJJ-5型，承德金键检测仪器有限公司； 高速混料机：FP3010型，德国博朗电器公司。 1.3 试样制备 工艺流程见图1。 图1 样板制备工艺图 制备步骤如下：分别将60目（250 m）稻壳粉在90，PVC 与GF在80下烘干12h，然后装在密封袋中。将酒精和偶联剂按 照1：5的比例进行稀释。然后把稻壳粉、PVC、GF与偶联剂放在 搅拌机中混合，将混料在90下烘干24h后装入密封袋。将混料放 到10 cm12 cm的模具中后将模具放到平板硫化机中，设置温度 为160，压力为510 MPa，保压3次，每次5min进行模压成型。 然后将成型的样板切割成1 cm10 cm和0.7 cm3 cm的长条，以 便进行后续各项性能测试。 表1 为试验原材料配比及试样编号 编号 PVC含量 稻壳含量 GF含量 KH550含量 钛酸酯含量 1 # 60 40 5 2 0 2 # 60 40 10 2 0 3 # 60 40 15 2 0 4 # 60 40 20 2 0 5 # 60 40 10 0 0 6 # 60 40 10 2 0 7 # 60 40 10 0 2 1.4 测试方法 耐磨性测试采用GB5763-2008进行测试。硬度测试在洛氏硬 度计上进行。拉伸测试采用GB/T1447-2005在万能试验机上进行。 弯曲性能测试采用GB/T17657-1999在万能试验机上进行测试。冲 击测试采用GB/T17657-1999在冲击实验试验机上进行。以上所有 实验均在常温下进行。 2 结果与分析 2.1 稻壳用量对PVC复合材料的影响 2.1.1 力学性能分析 图2为不同稻壳含量时PVC木塑复合材料的硬度。如图2所 示，随稻壳含量增加，材料的硬度逐渐减小。说明稻壳含量越 大，材料硬度越小。这是因为随着稻壳含量的增多，致使稻壳在 PVC中分散性较差而使得复合材料缺陷增加所以样板的硬度有所 降低。 稻壳纤维/聚氯乙烯木塑复合材料性能研究 刘 俊，路 琴，祁彦君，李国超，杜周磊，张亨通 （南京农业大学工学院，江苏南京 210031） 台：GTS10 J型，博士集团（中国）有限公司； 电动振筛机：8411型，浙江省上市道星峰器厂； 电温啃风干燥箱：DG1014型，南京盈鑫实验器有限公司； 万能试验机：CMT6104型，美特斯工业系统（中国）有限公司； 洛氏硬度计：XHR150型，上海联尔试验设备有限公司； 简支梁冲击试验机：XJJ5型，承德金键检测器有限公司； 高速混料机：FP3010型，德国博朗电器公司。 工艺流程见图1。 制备步僔如下：分别将60目（250m）稻壳粉在90，PVC与GF在80下烘干12h， 然后装在密封袋中。将酒精和偶联剂按照15的比例进行。然后把稻壳粉、PVC、GF与 偶联剂放在拌机中混合，将混料在90下烘干24h后装入密封袋。将混料放10cm12 cm的模具中后将模具放平硫化机中，设置温度为160，压力为510MPa，保压3次， 每次5min进行模压成型。然后将成型的样切割成1 cm10cm和0.7 cm3cm的长条， 以进行后续项性能测试。 编号 PVC含量稻壳含量 GF含量 KH550含量 钛酸酯 1 # 60 40 5 20 2 # 60 40 1020 3 # 60 40 1520 4 # 60 40 2020 5 # 60 40 1000 6 # 60 40 1020 7 # 60 40 1002 磨性测试采用GB5763-2008进行测试。硬度测试在洛氏硬度计上进行。拉伸测试采用 GB/T1447-2005在万能试验机上进行。弯曲性能测试采用GB/T17657-1999在万能试验机上 进行测试。冲击测试采用GB/T17657-1999在冲击实验试验机上进行。以上所有实验均在常 温下进行。 图2为不同稻壳含量时PVC木塑复合材料的硬度。如图2所示，稻壳含量增加，材料 的硬度减小。明稻壳含量越大，材料硬度越小。是因为稻壳含量的增多，致使 稻壳在PVC中分散性较差使复合材料缺增加所以样的硬度有所低。 图3为不同稻壳用量时PVC木塑复合材料的冲击强度。如图3所示，稻壳含量增加， 基金项目：南京农业大学SRT项目（1730B04） 96 试 验 研 究 农业开发与装备 2018年第6期 图3为不同稻壳用量时PVC木塑复合材料的冲击强度。如图 3所示，随稻壳含量增加，冲击强度先增大后减小。在稻壳含量 为20%时，冲击强度最大，这是因为稻壳 的冲击强度相对PVC较 小，所以当其含量增加时，材料的整体冲击强度下降。而稻壳含 量在20%时达到最大是因为稻壳含量较少，对PVC的割裂破坏较 小，所以材料整体的冲击强度较高。 图2 稻壳用量对洛氏硬度的影响 图3 稻壳用量对冲击强度的影响 图4为不同稻壳用量时PVC木塑复合材料的拉伸强度。如图4 所示，随稻壳含量增加，拉伸强度逐渐减小。这是因为稻壳本身 聚合性较差，不能紧密地结合在一起或者是由于复合材料中的稻 壳含量增加时，影响到稻壳纤维与PVC基体材料的充分混合，其 表面相容性变差，导致稻壳纤维不能完全分散到基体材料中；所 以稻壳的含量越多会导致试样整体的拉伸强度下降。 图4 稻壳用量对拉伸强度的影响 图5为不同 稻壳用量时PVC木塑复合材料的弯曲强度。如图5 所示，随稻壳含量增加，弯曲强度逐渐减小并趋于平稳。这是因 为稻壳的含量变大，使稻壳在PVC中分散性较差越来越差所以韧 性降低随之弯曲强度也降低，因此起初弯曲强度下降的快，而当 稻壳含量大于40%时，材料的弯曲强度几乎保持不变，这是因为 稻壳含量过大，对材料的弯曲强度影响减小。 图6为不同稻壳用量时PVC木塑复合材料的弯曲模量。如图6 所示，随稻壳含量增加，弯曲模量也随之增大，恰与弯曲强度相 反，这是因为稻壳纤维属于天然纤维，其弯曲模量本身较大，所 以当其含量增多的时候也带动整体弯曲模量增大。 图5 稻壳用量对弯曲强度的影响 图6 稻壳用量对弯曲模量的影响 2.1.2 摩擦磨损性能分析 图7为不同稻壳含量时PVC 复合材料的磨损量。从图7看出， 随着稻壳含量的增加，PVC复合材料磨损量出现先减后增的趋 势，在稻壳含量为40%时磨损量最低。可以看到稻壳用量越多材 料的耐磨性能也就越好，稻壳含量达到40%左右，耐磨性最好。 持续加大稻壳用量将会致使耐磨性有所降低。这可能是由于稻壳 纤维含量为百分之四十时，复合材料具有最佳的含量比例，在这 个比例下复合材料的耐磨性能明显优于其他对照组。 图8为不同稻壳含量时复合材料的摩擦系数。从图8可看出， 随着稻壳含量的增加，复合材料的摩擦系数呈现先增后减的趋 势，在稻壳含量为40%时摩擦系数最高。而且从图中可以看到， 载荷从100 N提高到150 N并没有导致摩擦系数的明显变化，这也 证实了摩擦系数跟压力没有关系，而跟材料本身有关，同时可以 看到，当稻壳含量在40%左右的时候，摩擦系数最大。说明在复 合材料中加入稻壳纤维能有效地提高木塑复合材料的耐磨性能， 而且在稻壳含量为40%的时候耐磨性能最佳。 图7 稻壳用量对摩擦性能的 图8 稻壳用量对摩擦摩擦系数的影响 2.2 GF用量对PV木塑复合材料的影响 2.2.1 力学性能分析 图9为不同GF用量时PVC木塑复合材料的硬度。如图9所示， 随GF含量增加，材料的硬度呈现先减后增的趋势。GF含量在10% 时，PVC复合材料硬度最低，这是因为GF的硬度相对来说比较 大，当其含量增多时，使得试样的整体硬度也会有所上升。而GF 含量为5%时硬度也较大，可能是因为GF较少时对材料的割裂破坏 较小，所以PVC复合材料整体的硬度也会较高。 图9 玻纤用量对洛氏硬度的影响 图10、11为不同GF用量时PVC复合材料的拉伸强度和冲击强 度。从图3可以看出，GF的用量在15%以下时，随着GF密度的增 加，试样的拉伸强度逐渐变大冲击强度总体上也会增大。当GF用 量超过15%，拉伸强度跟冲击强度都将有所降低。当GF含量达到 15%的时候，PVC木塑复合材料拉伸强度和冲击强度分别达到最佳 状态。这是因为当GF用量较少时，能较好地与PVC基体结合，当 GF用量变大，超过15%时，达到饱和状态，与PVC基体结合性变 差，游离GF会割裂PVC基体，从而使复合材料的结合面产生缺陷 导致其拉伸强度下降。 冲击强度先增大后减小。在稻壳含量为20%时，冲击强度最大，是因为稻壳 的冲击强度 相对PVC较小，所以当其含量增加时，材料的整体冲击强度下。稻壳含量在20%时达 最大是因为稻壳含量较少，对PVC的割较小，所以材料整体的冲击强度较高。 图4为不同稻壳用量时PVC木塑复合材料的拉伸强度。如图4所示，稻壳含量增加， 拉伸强度减小。是因为稻壳本身聚合性较差，不能密地结合在一起或是由于复合 材料中的稻壳含量增加时，影响稻壳纤维与PVC基体材料的充分混合，其表面相容性变差， 导致稻壳纤维不能完全分散基体材料中；所以稻壳的含量越多会导致试样整体的拉伸强度 下。 图5为不同稻壳用量时PVC木塑复合材料的弯曲强度。如图5所示，稻壳含量增加， 弯曲强度减小趋于平稳。是因为稻壳的含量变大，使稻壳在PVC中分散性较差越来 越差所以韧性低之弯曲强度低，因起初弯曲强度下的快，当稻壳含量大于 40%时，材料的弯曲强度几保持不变，是因为稻壳含量过大，对材料的弯曲强度影响减 小。 图6为不同稻壳用量时PVC木塑复合材料的弯曲模量。如图6所示，稻壳含量增加， 弯曲模量之增大，与弯曲强度相，是因为稻壳纤维于天然纤维，其弯曲模量本 身较大，所以当其含量增多的时候带动整体弯曲模量增大。 冲击强度先增大后减小。在稻壳含量为20%时，冲击强度最大，是因为稻壳 的冲击强度 相对PVC较小，所以当其含量增加时，材料的整体冲击强度下。稻壳含量在20%时达 最大是因为稻壳含量较少，对PVC的割较小，所以材料整体的冲击强度较高。 图4为不同稻壳用量时PVC木塑复合材料的拉伸强度。如图4所示，稻壳含量增加， 拉伸强度减小。是因为稻壳本身聚合性较差，不能密地结合在一起或是由于复合 材料中的稻壳含量增加时，影响稻壳纤维与PVC基体材料的充分混合，其表面相容性变差， 导致稻壳纤维不能完全分散基体材料中；所以稻壳的含量越多会导致试样整体的拉伸强度 下。 图5为不同稻壳用量时PVC木塑复合材料的弯曲强度。如图5所示，稻壳含量增加， 弯曲强度减小趋于平稳。是因为稻壳的含量变大，使稻壳在PVC中分散性较差越来 越差所以韧性低之弯曲强度低，因起初弯曲强度下的快，当稻壳含量大于 40%时，材料的弯曲强度几保持不变，是因为稻壳含量过大，对材料的弯曲强度影响减 小。 图6为不同稻壳用量时PVC木塑复合材料的弯曲模量。如图6所示，稻壳含量增加， 弯曲模量之增大，与弯曲强度相，是因为稻壳纤维于天然纤维，其弯曲模量本 身较大，所以当其含量增多的时候带动整体弯曲模量增大。 图7为不同稻壳含量时PVC 复合材料的磨量。从图7看出，稻壳含量的增加， PVC复合材料磨量出现先减后增的趋势，在稻壳含量为40%时磨量最低。可以看稻壳 用量越多材料的磨性能就越好，稻壳含量达40%左，磨性最好。持续加大稻壳用 量将会致使磨性有所低。可能是由于稻壳纤维含量为百分之四十时，复合材料具有最 佳的含量比例，在个比例下复合材料的磨性能明显优于其他对照组。 图8为不同稻壳含量时复合材料的摩擦系数。从图8可看出，稻壳含量的增加，复 合材料的摩擦系数现先增后减的趋势，在稻壳含量为40%时摩擦系数最高。从图中可 以看，载荷从100N提高150N有导致摩擦系数的明显变化，证实摩擦系数 压力有关系，材料本身有关，同时可以看，当稻壳含量在40%左的时候，摩擦 系数最大。明在复合材料中加入稻壳纤维能有效地提高木塑复合材料的磨性能，在 稻壳含量为40%的时候磨性能最佳。 力学性能分析 图9为不同GF用量时PVC木塑复合材料的硬度。如图9所示，GF含量增加，材料的 硬度现先减后增的趋势。GF含量在10%时，PVC复合材料硬度最低，是因为GF的硬度 相对来比较大，当其含量增多时，使试样的整体硬度会有所上升。GF含量为5%时 硬度较大，可能是因为GF较少时对材料的割较小，所以PVC复合材料整体的硬度 会较高。 图7为不同稻壳含量时PVC 复合材料的磨量。从图7看出，稻壳含量的增加， PVC复合材料磨量出现先减后增的趋势，在稻壳含量为40%时磨量最低。可以看稻壳 用量越多材料的磨性能就越好，稻壳含量达40%左，磨性最好。持续加大稻壳用 量将会致使磨性有所低。可能是由于稻壳纤维含量为百分之四十时，复合材料具有最 佳的含量比例，在个比例下复合材料的磨性能明显优于其他对照组。 图8为不同稻壳含量时复合材料的摩擦系数。从图8可看出，稻壳含量的增加，复 合材料的摩擦系数现先增后减的趋势，在稻壳含量为40%时摩擦系数最高。从图中可 以看，载荷从100N提高150N有导致摩擦系数的明显变化，证实摩擦系数 压力有关系，材料本身有关，同时可以看，当稻壳含量在40%左的时候，摩擦 系数最大。明在复合材料中加入稻壳纤维能有效地提高木塑复合材料的磨性能，在 稻壳含量为40%的时候磨性能最佳。 力学性能分析 图9为不同GF用量时PVC木塑复合材料的硬度。如图9所示，GF含量增加，材料的 硬度现先减后增的趋势。GF含量在10%时，PVC复合材料硬度最低，是因为GF的硬度 相对来比较大，当其含量增多时，使试样的整体硬度会有所上升。GF含量为5%时 硬度较大，可能是因为GF较少时对材料的割较小，所以PVC复合材料整体的硬度 会较高。 图7为不同稻壳含量时PVC 复合材料的磨量。从图7看出，稻壳含量的增加， PVC复合材料磨量出现先减后增的趋势，在稻壳含量为40%时磨量最低。可以看稻壳 用量越多材料的磨性能就越好，稻壳含量达40%左，磨性最好。持续加大稻壳用 量将会致使磨性有所低。可能是由于稻壳纤维含量为百分之四十时，复合材料具有最 佳的含量比例，在个比例下复合材料的磨性能明显优于其他对照组。 图8为不同稻壳含量时复合材料的摩擦系数。从图8可看出，稻壳含量的增加，复 合材料的摩擦系数现先增后减的趋势，在稻壳含量为40%时摩擦系数最高。从图中可 以看，载荷从100N提高150N有导致摩擦系数的明显变化，证实摩擦系数 压力有关系，材料本身有关，同时可以看，当稻壳含量在40%左的时候，摩擦 系数最大。明在复合材料中加入稻壳纤维能有效地提高木塑复合材料的磨性能，在 稻壳含量为40%的时候磨性能最佳。 力学性能分析 图9为不同GF用量时PVC木塑复合材料的硬度。如图9所示，GF含量增加，材料的 硬度现先减后增的趋势。GF含量在10%时，PVC复合材料硬度最低，是因为GF的硬度 相对来比较大，当其含量增多时，使试样的整体硬度会有所上升。GF含量为5%时 硬度较大，可能是因为GF较少时对材料的割较小，所以PVC复合材料整体的硬度 会较高。 图10、11为不同GF用量时PVC复合材料的拉伸强度和冲击强度。从图3可以看出，GF 的用量在15%以下时，GF密度的增加，试样的拉伸强度变大冲击强度总体上会 增大。当GF用量超过15%，拉伸强度冲击强度都将有所低。当GF含量达15%的时候， PVC木塑复合材料拉伸强度和冲击强度分别达最佳状态。是因为当GF用量较少时，能 较好地与PVC基体结合，当GF用量变大，超过15%时，达価和状态，与PVC基体结合性 变差，游离GF会割PVC基体，从使复合材料的结合面产生缺导致其拉伸强度下。 从图12、13可以看出，材料的弯曲强度在GF含量15%时最低，弯曲弹性模量GF 用量的增多现先增大后低的规律，是因为GF是刚性粒子，所以GF含量的增多会导致 试样的弯曲强度下，当超过15%的时候，GF对材料产生，导致试样的硬度下韧性 增加。从图4可以看出，试样弯曲弹性模量的变化弯曲强度的变化是相的，证明上 述观点。 97 试 验 研 究 农业开发与装备 2018年第6期 图10 玻纤用量对拉伸强度的影响 图11 玻纤用量对冲击强度的影响 从图12、13可以看出，材料的弯曲强度在GF含量15%时最 低，弯曲弹性模量随着GF用量的增多呈现先增大后降低的规律， 这是因为GF是刚性粒子，所以GF含量的增多会导致试样的弯曲强 度下降，当超过15%的时候，GF对材料产生破坏，导致试样的硬 度下降而韧性增加。从图4可以看出，试样弯曲弹性模量的变化跟 弯曲强度的变化是相反的，也证明了上述观点。 图12 玻纤用量对弯曲强度的影响 图13 玻纤用量对弯曲模量的影响 2.2.2 摩擦磨损性能分析 图14为不同GF用量时PVC复合材料的磨损量。从图14看出， 随着GF用量的增加，PVC复合材料磨损量出现先减后增的趋势， 在GF用量为15%时磨损量最低。复合材料中的GF具有分散和传 递载荷的作用，使加在其上的力分散到周围基体上，同时GF均匀 分布在材料中与周围基体相互之间有力的作用使得材料难以被磨 损。而这种作用在GF含量占15%时最佳，此时GF耐磨损性最好。 图15为不同GF用量时复合材料的摩擦系数。从图15可看出， 随着GF用量的增加，复合材料的摩擦系数呈现先增后减的趋势， 在GF用量为10%时（2 # 样品）摩擦系数最高。摩擦力是受到剪切 而产生的，由于材料的界面粘着非常牢固，所以剪切一般发生在 复合材料的基体上。因此复合材料的整体强度决定了摩擦力的大 小，在GF含量占10%时，复合材料的整体强度最小，此时材料的 摩擦系数最大。 图14 玻纤用量对耐磨性能的影响 图15 玻纤用量对摩擦系数的影响 2.3 偶联剂对 PVC 复合材料的影响 2.3.1 力学性能分析 表2为加入2%偶联剂和未添加偶联剂时PVC木塑复合材料的力 学性能。 从表2能比较清晰地看到，加了2%的偶联剂后，试样的拉伸 强度、弯曲强度、弯曲弹性模量、洛氏硬度都有明显提高。这可 能是因为KH550偶联剂的加入可显著提高GF在PVC基体内的保留 长度。GF没有经过处理时不溶性的物质容易附着到GF表面，使得 GF与PVC不能被充分湿润。这两个原因直接导致处理后性能大幅 度增加。此外，如果GF没有经过处理，则会因为其光滑的表面和 PVC的结合能力较差，而使得PVC复合材料很容易便在GF与PVC 的结合面部分产生破坏性裂纹，使材料失效。然而GF经处理之 后，能够与PVC较为紧密结合在一起，这时的GF可以看做一个一 个的“位垒”，只有所承受的破坏能量超过“位垒”高度时，材 料才会被破坏。而偶联剂的加入能增加位垒的高度。 从表3可以看到，加KH550后，材料的拉伸强度、弯曲强度及 弯曲弹性模量都明显高于加钛酸酯的。这是因为用KH550处理的 复合材料界面结合性比用钛酸酯处理的更好。用含有氨基硅烷的 偶联剂和成膜剂处理的GF增强PVC复合材料，是因为使其界面层 的结合得到改善而使得材料的力学性能得到了提高。 表2 是否添加偶联剂对各项力学性能的影响 试样 种类 拉伸强度 MPa 弯曲强度 MPa 弯曲弹性 模量/GPa 冲击强度 （kJm -2 ） 洛氏 硬度 添加偶联剂 35.917 9 60.067 4 4.212 0 1.46 42.3 未添加偶联剂 24.657 4 45.620 9 1.961 0 2.76 40.3 表3 偶联剂类型对各项力学性能的影响 编号 拉伸强度 /MPA 弯曲强度 /MPA 弯曲模量 /GPA 冲击强度 /（kJ/m 2 ） 洛氏硬度 /HRL KH550 35.9179 60.0671 4.2120 1.46 42.3 钛酸酯 18.3548 37.3371 1.1303 4.35 44.0 2.3.2 摩擦磨损性能分析 图16、17分别为不同偶联剂类型时PVC木塑复合材料的耐磨 性和摩擦系数。 从图16可以看出，用KH550处理过的PVC材料的耐磨性高于 未经过偶联剂处理的材料。这是因为KH550偶联剂增强了无机高 分子填料跟树脂之间的结合面黏合强度，在摩擦过程中，GF不易 从树脂中脱落，降低了材料的磨粒磨损，从而增强了耐磨性能。 同时可以看到，用钛酸酯处理过的PVC材料的耐磨性高于未经过 偶联剂处理的材料。这是由于实验添加的钛酸酯物理性状为黏稠 状黄色液体，而且其在复合材料中的添加量较少，只有2%，导致 钛酸酯偶联剂在材料中分布不均使其复合材料的耐磨性能下降。 同时这也说明不是所有的偶联剂都能增强材料的耐磨性能。 从图17可以看出，经过KH550处理的材料的摩擦系数远小于 未经过偶联剂处理的材料。这是因为偶联剂增强了无机高分子填 料跟树脂之间的结合面黏合强度，使原料的摩擦特性得到了明显 的提升。 经过钛酸酯处理的材料与未经过偶联剂处理的材料的摩擦系数 相同，这说明钛酸酯对PVC/木塑复合材料的摩擦系数影响不大。 图16 不同偶联剂时PVC木塑复合材料的耐磨性图 图10、11为不同GF用量时PVC复合材料的拉伸强度和冲击强度。从图3可以看出，GF 的用量在15%以下时，GF密度的增加，试样的拉伸强度变大冲击强度总体上会 增大。当GF用量超过15%，拉伸强度冲击强度都将有所低。当GF含量达15%的时候， PVC木塑复合材料拉伸强度和冲击强度分别达最佳状态。是因为当GF用量较少时，能 较好地与PVC基体结合，当GF用量变大，超过15%时，达価和状态，与PVC基体结合性 变差，游离GF会割PVC基体，从使复合材料的结合面产生缺导致其拉伸强度下。 从图12、13可以看出，材料的弯曲强度在GF含量15%时最低，弯曲弹性模量GF 用量的增多现先增大后低的规律，是因为GF是刚性粒子，所以GF含量的增多会导致 试样的弯曲强度下，当超过15%的时候，GF对材料产生，导致试样的硬度下韧性 增加。从图4可以看出，试样弯曲弹性模量的变化弯曲强度的变化是相的，证明上 述观点。 图10、11为不同GF用量时PVC复合材料的拉伸强度和冲击强度。从图3可以看出，GF 的用量在15%以下时，GF密度的增加，试样的拉伸强度变大冲击强度总体上会 增大。当GF用量超过15%，拉伸强度冲击强度都将有所低。当GF含量达15%的时候， PVC木塑复合材料拉伸强度和冲击强度分别达最佳状态。是因为当GF用量较少时，能 较好地与PVC基体结合，当GF用量变大，超过15%时，达価和状态，与PVC基体结合性 变差，游离GF会割PVC基体，从使复合材料的结合面产生缺导致其拉伸强度下。 从图12、13可以看出，材料的弯曲强度在GF含量15%时最低，弯曲弹性模量GF 用量的增多现先增大后低的规律，是因为GF是刚性粒子，所以GF含量的增多会导致 试样的弯曲强度下，当超过15%的时候，GF对材料产生，导致试样的硬度下韧性 增加。从图4可以看出，试样弯曲弹性模量的变化弯曲强度的变化是相的，证明上 述观点。 摩擦磨性能分析 图14为不同GF用量时PVC复合材料的磨量。从图14看出，GF用量的增加，PVC 复合材料磨量出现先减后增的趋势，在GF用量为15%时磨量最低。复合材料中的GF具 有分散和传递载荷的作用，使加在其上的力分散周围基体上，同时GF均分布在材料中 与周围基体相互之间有力的作用使材料难以磨。种作用在GF含量占15%时最佳， 时GF磨性最好。 图15为不同GF用量时复合材料的摩擦系数。从图15可看出，GF用量的增加，复 合材料的摩擦系数现先增后减的趋势，在GF用量为10%时（2 # 样品）摩擦系数最高。摩擦 力是剪切产生的，由于材料的界面非常固，所以剪切一般发生在复合材料的基 体上。因复合材料的整体强度决定摩擦力的大小，在GF含量占10%时，复合材料的整 体强度最小，时材料的摩擦系数最大。 力学性能分析 表2为加入2%偶联剂和未添加偶联剂时PVC木塑复合材料的力学性能。 从表2能比较清地看，加2%的偶联剂后，试样的拉伸强度、弯曲强度、弯曲弹 性模量、洛氏硬度都有明显提高。可能是因为KH550偶联剂的加入可显著提高GF在PVC 基体内的保长度。GF有经过处理时不溶性的物质容GF表面，使GF与PVC 不能充分湿润。两个原因直接导致处理后性能大幅度增加。外，如果GF有经过处 理，则会因为其光的表面和PVC的结合能力较差，使PVC复合材料容在GF与 PVC的结合面部分产生性，使材料效。然GF经处理之后，能与PVC较为 密结合在一起，时的GF可以看做一个一个的“位”，有所承的能量超过“位” 高度时，材料才会。偶联剂的加入能增加位的高度。 从表3可以看，加KH550后，材料的拉伸强度、弯曲强度及弯曲弹性模量都明显高于 加钛酸酯的。是因为用KH550处理的复合材料界面结合性比用钛酸酯处理的更好。用含有 氨基的偶联剂和成膜剂处理的GF增强PVC复合材料，是因为使其界面层的结合改 善使材料的力学性能提高。 试样 种类 拉伸强度 MPa 弯曲强度 MPa 弯曲弹性 模量GPa 冲击强度 (kJm -2 ) 洛氏 硬度 添加 偶联剂 35.9179 60.0674 4.2120 1.46 42.3 未添 加偶联剂 24.6574 45.6209 1.9610 2.76 40.3 编号 拉伸强度 /MPA 弯曲强度 /MPA 弯曲模量/GPA 冲击强度/ （kJ/m 2 ） 洛氏硬度/HRL KH550 35.9179 60.0671 4.2120 1.46 42.3 钛酸酯 18.3548 37.3371 1.1303 4.35 44.0 摩擦磨性能分析 图16、17分别为不同偶联剂类型时PVC木塑复合材料的磨性和摩擦系数。 从图16可以看出，用KH550处理过的PVC材料的磨性高于未经过偶联剂处理的材料。 是因为KH550偶联剂增强无机高分子填料树脂之间的结合面哿合强度，在摩擦过程 中，GF不从树脂中落，低材料的磨粒磨，从增强磨性能。同时可以看， 用钛酸酯处理过的PVC材料的磨性高于未经过偶联剂处理的材料。是由于实验添加的钛 酸酯物理性状为哿状黄色体，其在复合材料中的添加量较少，有2%，导致钛酸 酯偶联剂在材料中分布不均使其复合材料的磨性能下。同时明不是所有的偶联剂 都能增强材料的磨性能。 从图17可以看出，经过KH550处理的材料的摩擦系数远小于未经过偶联剂处理的材料。 是因为偶联剂增强无机高分子填料树脂之间的结合面哿合强度，使原料的摩擦特性 明显的提升。 经过钛酸酯处理的材料与未经过偶联剂处理的材料的摩擦系数相同，明钛酸酯对 PVC木塑复合材料的摩擦系数影响不大。 98 试 验 研 究 农业开发与装备 2018年第6期 图17 不同偶联剂时PVC木塑复合材料的摩擦系数 3 结语 1
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