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杨木单板层积材(LVL)具有力学性能好、强重比高等优点,但由于其含有大量亲水性官能团易吸湿膨胀,存在尺寸稳定性差、抗菌性差、耐腐性差等缺点。木塑复合材料(WPC)具有防水、防腐、防虫蛀等优点,但长期受力荷载下的WPC分子链易松弛,材料易产生力学性能降低与蠕变变形现象。本研究以杨木LVL与PVC木塑(WPVC)为原料,采用共挤技术制备具有杨木LVL与WPC双重优点的杨木LVL-PVC木塑核-壳共挤复合材料(WPLC)。由于纯PVC树脂的力学性能低于木材,本研究首先通过添加刚性木粉制备不同木粉含量壳层的WPLC,研究不同木粉含量对WPLC的增强作用。研究发现由于核层杨木LVL与壳层WPVC对湿度和温度的响应存在差异性,二者结合界面易剥离,进而影响WPLC的力学性能与使用周期。基于核壳界面问题,首先采用环保无胶胶合的化学界面处理方法,对杨木LVL与WPVC的结合界面进行增强处理。研究发现此方法对材料的界面结合性能有所提升,但仍无法抑制WPLC中壳层WPVC与核层杨木LVL的剥离。随后从榫卯结合的理念出发,通过改变核层杨木LVL的截面形状,在壳层WPVC与核层杨木LVL结合处形成更强的物理结合结构,分析不同截面形状对WPLC性能的影响。最后,通过对WPVC与杨木单板分别采用氧化锌(ZnO)与自主研发的阻燃剂(FRW)进行阻燃处理,制备双层结构的PVC木塑/杨木单板复合材料并进行阻燃性能测试,模拟分析WPLC中壳层WPVC与核层杨木LVL阻燃处理的必要性。主要研究结果总结如下:(1)壳层木粉含量对杨木LVL-PVC木塑核-壳共挤复合材料性能的影响随着木粉添加量的增加,壳层WPVC的弯曲与拉伸性能呈线性上升的趋势,但断裂应变和冲击强度逐步降低,说明木粉的引入对壳层WPVC的力学性能具有增强作用,但易造成材料脆性断裂。壳层中引入木粉同样有助于WPLC弯曲强度的提高,40wt%木粉含量的WPLC弯曲强度最高(87.8MPa),但各组WPLC的弯曲模量均低于LVL。与杨木LVL相比,壳层能够提升WPLC的抗冲击性能,且低速落锤冲击测试表明WPLC承受局部破坏时,壳层能够对核层产生有效的保护作用。随着木粉含量的增加,壳层WPVC与共挤WPLC的抗蠕变应变性能逐步提升,60wt%木粉含量的WPLC蠕变应变最低,分别为杨木LVL和60wt%木粉WPVC蠕变应变的85.8%和28.9%。与杨木LVL相比,封端后经热水浸泡-烘干循环测试的WPLC试件表现出优异的尺寸稳定性,但对未封端WPLC进行常温浸水测试发现,壳层虽然对杨木LVL吸水增重率与膨胀率有显著的抑制作用,但循环测试后的WPLC均产生壳层胀裂现象。此外,长期放置的未封端WPLC试件受湿度和温度的影响,壳层与核层的结合界面易产生宏观的剥离现象。(2)化学界面处理对杨木LVL-PVC木塑核-壳共挤复合材料性能的影响与铝酸酯偶联剂、马来酸酐接枝聚丙烯(MAPP)、马来酸酐接枝聚乙烯(MAPE)相比,经氨丙基-三乙氧基硅烷(KH550)处理的杨木单板/PVC木塑复合材料界面结合性能最优,其界面结合强度最高(1.22MPa),界面剪切强度最高(3.69MPa),界面耐湿热性能优,且弯曲强度(129.32MPa)和弯曲模量(10.9GPa)最高。采用KH550偶联剂处理制备的共挤WPLC,壳层WPVC与芯层LVL界面结合性能增加,但WPLC弯曲性能提升不显著,且受温度和湿度影响,壳层WPVC与核层LVL产生结合界面剥离的现象。对未封端试件浸水测试时,WPLC仍出现壳层快速胀裂的现象。(3)LVL截面形状对杨木LVL-PVC木塑核-壳共挤复合材料性能的影响与原始杨木LVL相比,铣槽加工后的杨木LVL由于木材体积减少,其弯曲性能均大幅度降低,其中梯形铣槽杨木LVL(TLVL)的弯曲强度降幅最大(19%),且蠕变应变最大(0.28%)。然而使用不同截面形状杨木LVL制备的共挤试件中,梯形槽共挤试件(WPTC)弯曲强度最高,且蠕变应变最小(0.21%),说明对杨木LVL进行梯形铣槽工艺处理能够显著提升共挤复合材料的弯曲与抗蠕变性能。经多次水煮-冰冻-干燥循环的加速老化处理后,杨木LVL弯曲性能基本丧失,而各组共挤试件的弯曲性能虽下降至25%-35%,但仍具备一定的力学性能,说明壳层的存在对增强材料的尺寸稳定性和抑制力学性能降低的作用显著,且相比其他铣槽工艺,加速老化后的WPTC试件弯曲强度最高,说明梯形铣槽工艺于核壳结合处形成的梯形嵌合结构更有利于保持材料的力学性能。通过对未封端的各组共挤试件进行常温浸水测试表明,与未进行铣槽处理的杨木LVL制备的共挤试件,铣槽工艺处理的杨木LVL制备的共挤试件尺寸稳定性更优。(4)阻燃处理对PVC木塑/杨木单板复合材料性能的影响由于共挤试件尺寸无法满足锥形量热仪(Cone)的测试标准,通过热压工艺制备阻燃PVC木塑/杨木单板双层复合材料(WPVCW),模拟分析共挤试件中壳层WPVC对核层杨木LVL的保护作用。随着阻燃剂整体用量的增加,WPVCW的阻燃和抑烟性能逐步提高,其中添加15wt%ZnO和10%wtFRW的WPVCW阻燃效果最显著,热释放峰值下降28.5%,总烟释放量降低66%,且碳化后试件的PVC木塑和杨木单板表面呈现更完整的形貌。热失重测试(TG)发现ZnO和FRW在第一阶段加速了材料的热分解,第二阶段热降解速率降低。在较高温度下,热解速率降低且残炭量增加,与未阻燃处理的试件相比,添加10%wtZnO和10wt%FRW的WPVCW在800℃下的残炭量增加了约91.0%,说明阻燃处理后的材料热稳定性有一定的提高。ZnO和FRW的加入虽然一定程度上损害了材料的力学性能,但并未显著影响PVC木塑与杨木单板的界面结合性能。综上,杨木LVL-PVC木塑核-壳共挤复合材料将杨木单板层积材与PVC木塑各自的优点融为一体,通过壳层性能增强、核壳结合界面处理手段能够在一定程度上提升WPLC的力学性能,延长材料的使用周期。此外,对核层与壳层进行阻燃处理能够使WPLC在达到优异的阻燃性能,更好地能够满足其在室内领域的应用。