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原料配方对木塑复合材料热稳定性的影响

更新时间:2009-03-28

木塑复合材料(wood plastic composites,WPC)是由木材、竹材、秸秆等木质纤维材料与热塑性塑料熔融复合加工而成的新型环保复合材料,其在园林景观、市政工程、建筑、汽车内饰等许多领域均有广泛的应用[1]。在研究和实际使用中发现,WPC受光、热和氧气等作用后会发生老化,影响产品的外观及使用性能,因此也限制了其应用的领域[2]。正确评价材料的热稳定性对WPC生产工艺的选择、原料配方的确定、产品品质的检测及新产品的研发均具有重要意义,对于其阻燃性研究也具有参考意义。研究人员通过自然老化和加速老化两种方式研究了WPC的老化机理及改善WPC老化的方法[3-7],但对WPC热稳定性的研究还很少[8-9],WPC热稳定性的研究主要是采用热重仪、差示扫描量热仪、热机械分析仪等测量初始热分解温度、最大失重速率温度、残炭量、热膨胀系数、玻璃化转变温度、尺寸热稳定性等指标,来研究木粉含量[10]、木粉组分[11]、偶联剂[12]、填料[13]、抗氧剂[14]等对WPC热学性能的影响。氧化诱导时间(oxidiation induction time,OIT)和氧化诱导温度(oxidiation induction temperature,OIT*)常用来衡量聚烯烃塑料及其复合材料的热稳定性[15],氧化诱导时间越长,氧化诱导温度越高,表明材料的抗热氧化性能越好,热稳定性越高。OIT和OIT*为快速评价塑料使用寿命的重要指标,研究发现,200 ℃时塑料完成氧化仅需要1 min,而在自然条件下完成氧化则需要2~20年。笔者参照国家塑料氧化诱导时间和氧化诱导温度的标准测试方法[16],确定了木塑复合材料热稳定性的测试方法[17],并在此基础上研究了抗氧剂种类及其用量、木粉用量对聚丙烯(PP)/木粉复合材料氧化诱导时间和氧化诱导温度的影响,以便为快速测定和推断WPC的热稳定性提供理论数据。

廿载常轻步,年华去莫从。 古松分远近,老衲自从容。 问及当时景,犹疑隔岭重。 山髙劳脚力,来往遍云峰。

1 试验原料、仪器及试验方法

1.1 试验原料

PP T30S:熔体流动速率为2.41 g/10min(测试温度230 ℃、测试压力2.16 kg),福建联合石油化工有限公司生产;木粉:60~80目,福建山里人木塑科技有限公司生产;马来酸酐接枝聚丙烯(MAPP):接枝率1.09%,南京德巴化工有限公司生产;硬脂酸:国药集团化学试剂有限公司生产;主抗氧剂1010、1024:购于美国Amresco公司;辅助抗氧剂SLF-168:购于美国Amresco公司。

1.2 试验仪器

101-2型烘箱,上海实验仪器总厂生产;ZRZ 1452熔体流动速率试验机,深圳市新三思材料检测有限公司生产;SHR 10A高速混合机,张家港华明机械有限公司生产;XSS-300转矩流变仪,上海科创橡塑机械设备有限公司生产;PC-400A型塑料强力破碎机,潮州市龙河塑胶有限公司生产;200F3型差示扫描量热仪,德国Netzsch公司生产。

将患者的临床治疗效果分为显效、有效和无效,其中显效指的是患者临床症状完全消失,或者是症状积分降低50%以上;有效指的是患者临床症状有所好转,症状积分降低25%-49%;无效指的是患者临床症状和症状积分都没有发生改变,甚至出现加重趋势。治疗总有效率=(显效+有效)/n×100.00%。采用SF-36健康量表对患者身体健康程度进行评分,分数越高表示其越健康;采用FDI量表对患者身体疼痛情况进行评估,分数越高表示疼痛越严重。

1.3 试验方法

[10] 孙才英,马丽春,李丽萍,等.木粉含量对木粉/PP复合材料的热性能与燃烧性能的影响[J].燃烧科学与技术,2011,17(5):388-392.

[7] 周吓星,黄舒晟,苏国基,等.冻融循环老化降低竹粉/聚丙烯发泡复合材料性能[J].农业工程学报,2014,30(10):285-292.

大自然蕴含着丰富的资源,是美术教学活动天然材料场地。幼儿美术活动多以手工课为主。这样在美术活动中,教师可以根据教学内容和幼儿的实际,精选自然材料,作为美术手工课的素材。这些自然材料,具有鲜活、生动的特点,为美术课堂带来生机和活力。幼儿非常熟悉,能够较快速启动幼儿的想象力,使幼儿以愉悦的状态加入到美术创作中,完成课堂教学任务,促生幼儿快乐体验。

将装有木粉的托盘放置于105 ℃的烘箱中,烘干8 h直至绝干。室温下将PP、MAPP、抗氧剂、木粉、硬脂酸放置到高速混合机中,混合升温至110 ℃后继续混合10 min,制得预混料。将预混料放入转矩流变仪中混炼12 min,加热温度185 ℃、转速40 r/min,密炼完成后卸料;待熔融混合的复合材料冷却至室温后,将其放入到塑料粉碎机中粉碎,并用18目标准筛网筛出粉状待测试样。

[8] 徐冬梅,曾长春.PP基木塑复合材料热稳定性研究进展[J].工程塑料应用,2017,45(4):146-149.

有研究表明,制备WPC时需要添加一定量的抗氧剂,将木塑产品的OIT提高至大于20 min才能保证WPC制品的长期使用。因此,从WPC的使用性能及材料成本的角度综合考虑,抗氧剂A最适宜的添加量为0.3%,此时PP/木粉复合材料的OIT和OIT*分别为28.2 min和250.8 ℃。

1.3.2 氧化诱导时间测试

室温下,将盛有10 mg粉末试样的铝坩埚及参比样铝坩埚置于差示扫描量热仪的样品支持架上,通入速率为50 L/min的氮气5 min。在氮气气氛中以20 ℃/min的升温速率从室温开始升温至试验温度200 ℃后,恒温5 min。恒温结束后,通过气体转换器迅速将气体切换成速率为50 mL/min的氧气,该氧气切换点记为试验的时间零点,继续恒温,直至记录的热流速率与时间关系曲线上显示氧化放热达到最大值时终止试验。

1.3.3 氧化诱导温度测试

室温下,将盛有10 mg粉末试样的铝坩埚及参比样铝坩埚置于差示扫描量热仪的样品支持架上,并采用速率为50 mL/min的氧气吹扫5 min。在氧气气氛中,以20 ℃/min的升温速率,从室温开始升温至出现试样放热突增、氧化放热峰时停止试验。

2 试验结果与讨论

2.1 抗氧剂种类对木塑复合材料热稳定性的影响

抗氧剂种类对PP/木粉复合材料氧化诱导时间和氧化诱导温度的影响如1和图2所示。由图1可以看出,添加抗氧剂后,复合材料出现氧化放热峰的时间明显延长,没有添加抗氧剂复合材料的OIT为2.9 min,添加抗氧剂1010和1024复合材料的OIT分别增至36.3 min和42.7 min。由图2可以看出,添加抗氧剂后,复合材料出现氧化放热峰的温度明显升高,没有添加抗氧剂复合材料的OIT*为228.4 ℃,添加抗氧剂1010和1024复合材料OIT*分别增至253.3 ℃和256.4 ℃。由此可见,添加抗氧剂可以明显提高WPC的氧化诱导时间和氧化诱导温度,这与蔡培鑫等的研究结果一致,抗氧剂的添加可以提高高分子材料的耐氧化能力,提高高分子材料在加工和使用过程中的热稳定性。添加量相同时,抗氧剂1024对PP/木粉复合材料热稳定性的增强效果略优于抗氧剂1010。抗氧剂1010为高分子量受阻酚类抗氧剂,抗氧剂1024具有受阻酚和酰肼双重结构,两种抗氧剂均属于氢给予型,作用于氧化过程中自由基链,与PP产生的自由基反应产生更加稳定的自由基,终止PP塑料氧化过程中自由基链的传递与增长,阻止其自氧化链反应,从而延缓了复合材料的热氧降解[18]

从表1 中可以看出:分学科教学,主要是针对不同专业对课程内容进行整合,使其具有鲜明的专业特色,例如:文科、艺术类,侧重于多媒体课件、图形处理和办公软件等教学内容的讲授;理工类专业侧重于数据分析、计算机编程等教学内容的讲授。通过分学科教学,能有效提高学生学习的积极性,教学效果良好。

  

图1 抗氧剂种类对木塑复合材料氧化诱导时间的影响

  

图2 抗氧剂种类对木塑复合材料氧化诱导温度的影响

2.2 抗氧剂用量对木塑复合材料热稳定性的影响

[4] Kord B,Malekian B,Ayrilmis N.Ethering performance of montmorillonite/wood flour-based polypropylene nanocomposites[J].Mechanics of Composite Materials,2017,53(2):271-278.

研究木粉含量对PP/木粉复合材料热稳定性影响时,选用占复合材料总质量0.3%的复合氧化剂A,木粉含量分别占复合材料总质量的15%、30%、45%和60%。

  

图3 抗氧剂用量对木塑复合材料氧化诱导时间的影响

  

图4 抗氧剂用量对木塑复合材料氧化诱导温度的影响

  

图5 抗氧剂用量对木塑复合材料热稳定性的影响

2.3 木粉用量对PP/木粉复合材料热稳定性的影响

木粉含量对PP/木粉复合材料氧化诱导时间和氧化诱导温度的影响如图6所示。由图6可以看出,木粉含量较小时对复合材料的热稳定性影响较小,木粉含量的变化对复合材料的OIT也没有显著影响,但当木粉含量从45%增至60%时,OIT则由30.8 min增至39.6 min。随着木粉含量的增加,复合材料的氧化诱导温度略有升高,木粉含量为15%时OIT*为249.5 ℃,而当木粉含量增至60%时OIT*升高至256.6 ℃。这可能是因为木粉中含有受阻酚类还原性的低分子物质,这些物质可以提高PP基复合材料的热稳定性。

  

图6 木粉用量对木塑复合材料热稳定性的影响

3 结论

(1)抗氧剂可以显著提高PP/木粉复合材料的氧化诱导时间和氧化诱导温度,即复合材料的热稳定性,添加相同用量抗氧剂时,抗氧剂1024的效果优于抗氧剂1010。

(2)PP/木粉复合材料的热稳定性随着抗氧剂用量的增加而增强;选用主抗氧剂1010和辅助抗氧化剂168以1∶1混合复配抗氧剂时,其适宜用量为复合材料总质量的0.3%,与未添加抗氧剂的复合材料相比,该复合材料的OIT延长了25.3 min,OIT*升高了22.4 ℃。

(3)木粉含量为15%~45%时,其对PP/木粉复合材料氧化诱导时间的影响不明显,当木粉含量增加至60%时,复合材料的OIT略有延长;而且OIT*随着木粉含量的增加也略有升高。

参考文献

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复配抗氧剂A的用量对PP/木粉复合材料的氧化诱导时间、氧化诱导温度,以及热稳定性的影响结果如图3、图4和图5所示。由图3可以看出,未添加抗氧剂的PP/木粉复合材料的氧化诱导时间很短,仅为2.9 min,随着抗氧剂用量的增加,复合材料的氧化诱导时间呈现逐渐增大的趋势,这与前人的研究结果一致。结合图5可知,抗氧剂用量和OIT呈现一次线性函数关系。曹宏生等的研究也发现抗氧剂可改善顺丁橡胶的力学性能、耐热氧老化性能,且随着抗氧剂用量的增加,材料的耐热氧老化速度减慢,耐热氧老化性能提升[19]。当抗氧剂用量分别为0.1%、0.3%、0.5%、0.8%和1%时,OIT分别延长至7.2 min、28.2 min、61.7 min、95.5 min和127.9 min。由图4和图5可以看出,随着抗氧剂用量的增加,PP/木粉复合材料的氧化诱导峰的位置逐渐向右移动,复合材料的氧化诱导温度逐渐升高。未添加抗氧剂的PP/木粉复合材料的氧化诱导温度为228.4 ℃,当抗氧剂用量分别为0.1%、0.3%、0.5%、0.8%和1%时,OIT*分别提高至242.5 ℃、250.8 ℃、259.4 ℃、265.2 ℃和269.8 ℃。与氧化诱导时间不同的是,氧化诱导温度随着抗氧剂用量的增加先明显升高,但随着抗氧剂用量的继续增加,氧化诱导温度的升高速率逐渐趋缓。由此可见,该抗氧剂对提高WPC热稳定性具有一定效果,但其防止高温热氧降解的能力有限。

[5] Peng Y,Liu R,Cao J,et al.Effects of vitamin E combined with antioxidants on wood flour/polypropylene composites during accelerated weathering[J].Holzforschung,2014,69(1):113-120.

[6] 王惠芸,曹平祥,王俊,等.阻燃重组木的研究分析[J].森林工程,2016,32(3):48-52.

90年代,无论是题材的拓展、意蕴的深化,还是舞台呈现的品位追求,都体现出河南现代戏试图求得突破和超越的进取姿态,这种努力和积累,终于在新世纪迎来河南戏剧的强势崛起,创造了连续六届中国艺术节大奖、五届文华大奖的历史辉煌。其实,新世纪以来河南现代戏的题材并无太大变化和突破,甚至还有一些是多次进入过创作素材的陈旧题材,实现突破的是河南艺术家的创作观念,这种突破,以对题材的现代开掘和独特表达为主要特点。

研究抗氧剂种类对PP/木粉复合材料热稳定性影响时,选用主抗氧剂1010和主抗氧剂1024,且其添加量均为复合材料总质量的0.3%;研究抗氧剂用量对PP/木粉复合材料热稳定性影响时,选用主抗氧剂1010和辅助抗氧剂SLF-168按1∶1复配的复合氧化剂A,A的用量分别占复合材料质量的0%、0.1%、0.3%、0.5%、0.8%和1%;此时,木粉、润滑剂硬脂酸均占复合材料总质量的30%和1%,MAPP占木粉质量的9%。

护理不良事件是指在护理过程中发生的,不在计划中的未预计到的或通常不希望发生的事件,包括患者在住院期间发生跌倒、用药错误、走失、误吸或窒息、烫伤及其他与患者安全相关的非正常的护理意外事件[2]。因此,为了有组织、系统地消除或减少护理不良事件的发生,使资源能有效地集中利用,保障患者的安全,我院护理部近年来建立了鼓励不良事件报告制度,但效果并不理想,为了解其影响因素,我院对临床护士进行了相关的问卷调查,现报道如下。

[9] Borysiak S.The thermo-oxidative stability and flammability of wood/polypropylene composites[J].Journal of Thermal Analysis and Calorimetry,2015,119(3) :1955-1962.

我们在课程最初的编制上,运用一课时一主题的形式,旨在教育者指出学习主题,让学生通过主题进行绘画;结合艺术教育的学习方式,我们改进了原有的方式,让孩子们根据主题贴近生活实际进行想象,我们作为引导者通过语言描述出孩子们所想象到的,加以生活实践的理性认知,带领着学生创意地去呈现自身的所思所想,以此形式便能一步步提高孩子的对实际的认知力与想象力、绘画能力。

1.3.1 木塑复合材料试样制备

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解:(1)由于袋中有N+M个球且摸球是有放回的,故每次摸球都有N+M种可能。现设上述所论4个事件分别为 A,B,C,D。对于 A仅需前 n次摸球,应该有(M+N)n中情况,即样本空间有(M+N)n个样本点,由于A表示n次摸球恰有k次摸到黑球,有种情况,每种情况都有MkNn-k中可能,又由于每种情况都是两两互斥的,故A有个样本点,由古典概型定义有

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每当季风季节到来时,金枪鱼就会迁徙到大陆架来产卵。在东太平洋地区,洪水带来的漂流木上通常都有许多刚刚破卵而出的黄鳍金枪鱼,研究人员认为漂流木上的栖息环境对于这些幼小的金枪鱼是否能够成长到繁殖年龄是十分重要的。在西太平洋和热带太平洋地区,金枪鱼渔业在10年内从极小的规模发展到世界顶级规模,是因为人们发现金枪鱼鱼群出现的规律,它们通常都喜欢聚集在浮木周围,20世纪90年代末,大西洋东部的西班牙渔民甚至在海上人工设置浮木来吸引更多的金枪鱼。

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[19] 曹宏生,王忠冬,吴文剑,等.抗氧剂KY-616在顺丁橡胶中的应用研究[J].弹性体,2015,25(3):55-58.

然而站上演讲台,一切都不一样了。3个多小时的论坛上,David侃侃而谈,详述新西兰葡萄酒的趋势与变化;两个半小时的大师班,David悉心讲解新西兰每个产区、每款葡萄酒的特色与亮点,大师班的开始高呼三声毛利语,激起了整个课堂的气氛;1个多小时站在品鉴会的入口背景板处与葡萄酒爱好者合照、交流,聚光灯的照射下汗水一次次浸湿手帕;4个小时的晚宴上,致开幕词不忘感谢活动的每一位组织者……晚上11点,第十届金樽奖颁奖典礼落下帷幕,David穿过走廊,慢慢地走回房间。留给他与广州相处的时间不多,第二天的中午他又要登上18个小时的飞机,回到新西兰,开始新一周的工作。

 
周吓星,吴栋琳,黄六莲,袁小军,陈礼辉
《林业机械与木工设备》2018年第05期文献

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