微孔发泡木塑复合材料

有研究表明，木粉可作为泡孔成核剂。在一定的范围内，增加木粉的用量不但有助于提高泡孔密度，而且减小了泡孔的平均尺寸。

在物料的挤出过程中，木粉里含少量的水分可以起到发泡剂的作用。当木粉中含水分在10 %以上时，受热形成的水蒸汽不能及时排出，过多地混合于材料中，容易降低材料的粘度，破坏发泡剂所形成的均匀泡孔，使制品泡孔大小不一。此外，在模头出口处仍有大量水蒸汽逸出，会影响表面结皮，牵引易断裂。因此，应对木粉进行适当的干燥处理，以利于挤出牵引，提高材料发泡程度并降低其密度。

各种机制木粉的长径比不同，用途也不同。长径比大于15的木粉可作为增强材料，然而价格昂贵；长径比小于2.5的木粉则不能作为增强材料。木粉的粒径必须控制在合适的范围内，以保证在复合材料中能最紧密配置，使木粉颗粒被PE 等很好地湿润。同时，木纤维较长有利于提高复合物的强度，但另一方面给发泡气体提供了易散的通道，在一定程度上影响发泡效果。有相关研究表明，发泡木塑复合材料中木纤维的直径不能超过100～200 μm，并且木纤维的长度、几何形状及其用量均对复合材料中泡孔的大小、形状及分布有一定影响。

3、发泡剂及其助剂的影响
常用的化学发泡剂分为放热型发泡剂和吸热型发泡剂。AC (偶氮二甲酰胺)是常用的放热型发泡剂，以发气量高，分解产物无毒无嗅，室温贮藏稳定等优点而成为目前应用最广泛的发泡剂。另外，NaHCO3是最常用的吸热型发泡剂。

对化学发泡剂类型、用量对高密度聚乙烯(HDPE)／木粉复合材料影响的研究表明，化学发泡剂类型对复合材料的泡孔尺寸基本上没有影响。但随着发泡剂用量的增加，复合材料的空隙率增加，并在发泡剂用量为一定时达到最大。进一步增大发泡剂用量，空隙率基本保持不变。

单独使用AC作为PVC发泡剂的效果却并不理想。AC的分解温度为195℃～220℃，而PVC的加工温度为170℃～190℃。在PVC的加工温度内，AC的分解发泡是一个放热型的反应，而且热分解温度范围小，分解速度较快，使树脂局部温度上升，导致PVC分解或老化，制品发黄。

国内外大量实践表明，复合化学发泡剂用于生产低发泡木塑复合材料能够取得较好的效果。这种复合发泡剂的主要成分为NaHCO3（分解温度100℃～140 ℃）和AC （分解温度220 ℃），经过特殊的混合和表面处理工艺，使之与PE 、PVC树脂形成相容性好、分散性优良的混合体系。其中，AC 为主发泡剂，NaHCO3为辅助发泡剂。复合发泡剂释放出的气体主要为氮气、水蒸气、二氧化碳，这些气体对机械模具无腐蚀作用，并且不易燃烧和爆炸。需要注意的是，发泡剂的用量会直接影响制品的密度。在相同的加工条件下，发泡剂浓度增加，气体体积分数增加，即制品发泡倍率增加，相对密度减小。

目前，吸放热型发泡剂一般都是以改性吸热性发泡剂NaHCO3同AC 加上成核剂混合而成，其混合比必须满足：吸热热焓等于放热热焓；混合物的发气速度相对较快，但是不能冲破泡壁，以便形成规整、均匀的微孔；应能控制起发泡过程。德国B1L1Chemical 公司开发的吸放热发泡剂EXOCEROL232 具有热分解过程平缓、分解时吸放热基本平衡的特点，使发泡过程、泡沫结构与尺寸容易控制。其分解温度在180 ℃左右, 分解发气量为16713cm3/ g ，低于AC 发泡剂，但分解反应比AC更稳定。

此外，利用NaHCO3 、AC、ZnO、柠檬酸硬酯酸铅等混合制成吸放热平衡发泡剂。该发泡剂可以降低AC 的分解温度，放热峰值为152 ℃，吸热峰值为169 ℃，吸热热焓为25018J/g，放热热焓为25215J/g。

4、表面处理剂的影响
木纤维表面有大量的极性官能团，在木塑复合材料的制备过程中，亲水性的木纤维与憎水性的聚合物基体之间存在比较大的界面能差，两者界面很难充分融合。因此，木纤维与聚合物基体的粘接状况是影响复合材料性能的关键因素，界面粘接强度决定了复合材料的强度。在通常情况下，可对木纤维进行表面改性处理来提高界面粘接强度。表面处理剂主要通过化学反应以减少木纤维表面的羟基数目，在木粉和聚合物之间建立物理和化学交联，通过在木粉表面形成一层憎水性薄膜，从而提高与聚合物的相容性并促进木粉的分散。目前，常用的方法包括润滑剂法、偶联剂法、超分散剂法及相容剂法等。

为确保木粉与PE 的相容性，通过加入占木粉质量1 %的钛酸酯偶联剂，大大提高PE 对木粉的浸润性，并提高界面的结合力。

采用脂肪酸、铝酸酯偶联剂和丙烯酸烷基酯接枝聚合表面处理的木粉为增强材料制备PVC/木粉发泡复合材料。有专家在研究木粉的处理方法对复合材料力学性能、发泡性能的影响，并用扫描电子显微镜对木粉和PVC 基体之间的结合界面进行观察后发现，用铝酸酯偶联剂和丙烯酸丁酯偶联剂处理木粉可显著提高木粉填充PVC 发泡材料的力学性能。

利用表面接枝甲基丙烯酸甲酯来处理木纤维，可增强其与PVC树脂的界面粘合性。用硝酸铈铵作为引发剂在木纤维表面羟基处形成自由基，这些自由基与甲基丙烯酸甲酯发生反应，形成接枝物。

在某些研究中，选用硅烷作为处理剂，对比木粉未处理和已处理两种情况下PVC/木纤维复合材料试样的气体渗透能力，发现木粉处理后会降低试样的气体渗透能力。在发泡PVC/木纤维复合材料的性能方面，拉伸强度随木粉含量的增加而增加（这种趋势在木粉处理后更加明显），但木粉处理与否对试样的动态力学性能影响不明显。

发展前景

作为一种发展迅速的新型木塑复合材料，微孔发泡木塑复合材料具有极其宽广的应用领域，并且优异的性价比、可回收性、环境友好性成为该类材料的发展方向。近年来，随着技术水平的不断升级以及人们对其了解的逐渐深入，微孔木塑复合材料的应用领域不断扩大，如汽车内饰（美国福特，德国奔驰、奥迪、法国雪铁龙、瑞典沃尔沃等名牌轿车的内装饰基材，均不同程度使用了木塑复合材料）、复合管材、铁路枕木、车厢箱板、电缆护管、井盖等，其中很多产品已从论证阶段步入应用测试阶段。值得注意的是，从近几届国际汽车博览会推出的轿车零部件产品来看，采用木塑复合材料制造轿车内饰件基材，已经成为此类产品发展的主要应用趋势之一。此外，充分利用计算机资源，将软件模拟与实验研究相结合，将先进的计算机模拟技术引入到发泡木塑复合材料的配方设计中，也是赋予其更卓越性能的重要方法。