Holzmehl ist ein hervorragender organischer Füllstoff für Kunststoffe, da es gegenüber anderen anorganischen Füllstoffen mehrere Vorteile bietet, darunter eine Vielzahl von Quellen, niedrige Kosten, eine geringe Dichte, eine effektive Isolierung und weniger Verschleiß an den Verarbeitungsmaschinen.
Aufgrund seiner geringen Kompatibilität mit der Harzmatrix, der schlechten Dispersionswirkung in geschmolzenen Thermoplasten, der schlechten Fließfähigkeit und der Schwierigkeiten beim Extrusionsformen wird es jedoch nicht so häufig eingesetzt wie anorganische Füllstoffe.
Während die meisten Thermoplaste unpolar und hydrophob sind, was sie untereinander unverträglich macht und die Bindungskraft an der Grenzfläche verringert, enthält Zellulose, der Hauptbestandteil von Holzmehl, eine große Anzahl von Hydroxylgruppen. Diese Hydroxylgruppen können intramolekulare oder intermolekulare Wasserstoffbrückenbindungen bilden, wodurch Holzmehl wasserabsorbierend ist und eine Feuchtigkeitsabsorptionsrate von 8% bis 12% aufweist.
Deshalb ist es wichtig, Kunststoff-Holz-Verbundwerkstoffe zu finden, die hervorragend funktionieren und sich gut verhalten.
Zunächst muss die Frage der Materialverträglichkeit geklärt werden. Die wichtigste Methode zur Lösung des Kompatibilitätsproblems ist die Anwendung verschiedener Modifikationen.
Warum schneidet der Verbundwerkstoff nach dem Einsatz verschiedener Modifikatoren besser ab? Welche Veränderungen wurden durch die Anwendung von Modifikatoren an der Grenzfläche zwischen dem polaren Holzmehl und dem unpolaren Matrixharz bewirkt?
Durch die Untersuchung der mit einem Rasterelektronenmikroskop (REM) aufgenommenen Bilder des Schlagbruchs des Verbundmaterials versuchen wir, eine Lösung für diese Frage zu finden. Sechs Teile der modifizierten Verbundwerkstoffe PE-g-MAH und EVA-g-MAH wurden einer morphologischen Analyse des Schlagbruchs unterzogen, ebenso wie die Verbundwerkstoffe, die durch die direkte Kombination von Holzmehl (60 mesh) mit HDPE ohne Verwendung eines Modifikators hergestellt wurden, und die Verbundwerkstoffe, die durch die Behandlung von Holzmehl mit dem Silan-Kopplungsmittel 1,5% hergestellt wurden.
Das Bild zeigt die Schlagbruchmorphologie von HDPE/Holzpulver-Verbundmaterial bei Raumtemperatur.
(Anmerkung: Die Modifikationsarten sind wie folgt: unmodifiziert (a), Silan-Kopplungsmittel (b), PE-g-MAH-Modifikation (c) und EVA-g-MAH-Modifikation (d)).
Wie die Abbildung zeigt: Die Grenzfläche zwischen dem Verbundwerkstoff HDPE und dem Holzmehl ohne jeglichen Modifikator ist nach dem Abziehen sehr glatt und sauber, wie auf den Fotos a-1 und a-2 zu sehen ist, was zeigt, dass die Grenzfläche zwischen den beiden Phasen Holzmehl und HDPE zweiphasig ist. Die beiden haben eine extrem geringe Kontakthaftung und eine sehr geringe Kompatibilität. Das Holzmehl und das Matrixharz lassen sich so leicht ablösen, wenn das Material einer äußeren Kraft ausgesetzt wird, weil die Grenzschicht nicht in der Lage ist, eine effiziente Kraftübertragung zu erzeugen.
Die Schlagbruchmorphologie des Verbundwerkstoffs hat sich nach der Behandlung mit dem Silan-Haftvermittler 1.5% deutlich verändert, wie auf den Fotos b-1 und b-2 zu sehen ist, und die Oberfläche ist nicht mehr so, wie sie vorher ohne Modifikation war. Da die Oberfläche so glatt ist, haften mehrere Fasermaterialien an ihr. Dies ist auf die Verformung des Matrixharzes während des Bruchvorgangs zurückzuführen, was zeigt, dass zwischen der HDPE-Matrix und dem durch den Haftvermittler modifizierten Holzmehl eine wirksame Grenzflächenschicht entsteht, die die Grenzflächenbindung zwischen den beiden Materialien verbessert. Um den Kontakt zwischen Holzmehl und HDPE zu unterbrechen, ist eine starke Kraft erforderlich.
Die Oberfläche der Holz-Kunststoff-Verbundwerkstoffe, die durch Zugabe von 6 Teilen PE-g-MAH hergestellt wurden, ist nicht so glatt und eben wie vor der Zugabe, was darauf hindeutet, dass die Verwendung von PE-g-MAH auch die Kompatibilität der Verbundwerkstoff-Grenzfläche und die Affinität zwischen HDPE und der Oberfläche des Holzmehls in den Fotos c-1 und c-2 verbessert hat.
Die Bruchmorphologie von Verbundwerkstoffen, die durch Zugabe von 6 Teilen EVA-g-MAH als Kompatibilisierungsmittel hergestellt wurden, ist in den Fotos d-1 und d-2 dargestellt. Nach dem Bruch sind auf der Bruchfläche einige längliche faserige Materialien, wie z. B. Holz, zu beobachten. In dem durch das Abblättern des Pulvers und des Matrixharzes entstandenen Hohlraum ist eine deutliche Verformung zu erkennen. Dies ist eine Folge der verbesserten Grenzflächenkompatibilität der Verbundwerkstoffe, die durch die Verwendung von EVA-g-MAH erhöht wird. Unter dem Einfluss einer äußeren Kraft verformt sich das Matrixharz, während das Holzpulver und die Matrix abgeschält werden.
Die oben genannten Analysen und Beobachtungen führen zu der Schlussfolgerung, dass die Verwendung eines Kompatibilisierungsmittels oder die Behandlung des Holzpulvers mit einem Haftvermittler die Kompatibilität zwischen dem Holzpulver und der HDPE-Grenzfläche deutlich erhöhen, die Grenzflächenhaftung verbessern und folglich die Leistung des Verbundmaterials steigern kann. wurde besser.
