阳光环境对塑木地板材色和蠕变性能的影响

第

37

卷第

3

期

2009

年

3

月

塑料工业

CHINAPLASTICSINDUSTRY

・

67

・

阳光环境对塑木地板材色和蠕变性能的影响

周吓星

,

李大纲

11,

33

3

,

吴正元

2

(

南京林业大学木材工业学院

,

江苏南京

210037;2.

南京聚锋新材料有限公司

,

江苏南京

210042

)

　　摘要

:

对放置在阳光环境中的塑木地板进行了材色和蠕变性能的研究。结果表明

:

放置四个月后

,

材料白度

L

3

、

红绿轴色品指数

a

3

、黄蓝色轴色品指数

b

3

分别增加了

9

1

3

、

4

1

18

、

1

1

42

,

材料色差

Δ

E

3

为

10

1

53,

表明材料颜色变化

大

,

影响美观和顾客喜好度。阳光环境中放置两个月、四个月后

,

材料的弯曲强度分别降低了

10%

和

15%;

蠕变试

验中

,25%

应力水平后

,

材料的剩余强度分别降低了

17

1

7%

和

21

1

9%;50%

应力水平后

,

材料的剩余强度分别降低

了

28

1

6%

和

30%

。而相同加载方式下

,

常温时

,

材料的剩余强度仅降低了

0

1

6%

和

6

1

5%

。阳光环境对材料的蠕变性

能有一定影响

,

产生的应变为常温下的

1

1

1

～

1

1

4

倍。

关键词

:

塑木地板

;

颜色

;

弯曲强度

;

蠕变

中图分类号

:TQ325

1

1

+

2

　　　文献标识码

:B

　　　文章编号

:1005-5770

(

2009

)

03-0067-04

EffectoftheSunEnvironmentonWood

2

plasticCompositeDecking

BoardsaboutColorandCreepBehavior

ZHOUXia

2

xing,LIDa

2

gang,WUZheng

2

yuan

112

(

dustryCollege,NanjingForestryUniversity,Nanjing210037,China;

NewMaterialCo.,Ltd.,Nanjing210042,China

)

Abstract:Thecolorandcreepbehaviorofwood

2

plasticcomposite

(

WPC

)

deckingboardsunderthesun

ourmonthsplacement,theresultsshowedthe

L,a,b

333

(

indicatedthe

3

Labcolorspace

)

increasedby9

1

3,4

1

18and1

1

42respectively,andthematerialchromaticaberration

Δ

E

was10

1

alcolorchangedgreatlywhichinfluencedtheappearanceandcustomerpreference.

flexuralstrengthreducedby10%and15%underthesunfortwomonthsandfourmonthsrespectively.

The

The

modulusofrupturereducedby17

1

7%and21

1

9%at25%stressleverand28

1

6%and30%at50%stress

r,themodulusofrupturejustreduced

by0

1

6%and6

1

5%environmenthadeffectoncreepbehaviorabout

WPCandthestrainwas1

1

1-1

1

4timesthantheWPCatroomtemperature.

Keywords:Wood

2

plasticCompositeDeckingBoards;Color;ModulusofRupture;Creep

　　塑木复合地板性能良好

,

具有防潮耐水、耐酸

碱、无味、抑真菌、抗静电、防蛀、免漆

,

符合人体

的舒适度

,

同时具有天然木材的特性

,

是国家支持和

提倡的科技项目

,

将会成为今后数年内国家重点发展

[1]

的新材料项目。在国内

,

塑木复合材料的生产已

有十几年的历史

,

但各生产企业的检验方法和技术要

求都不统一

,

对其性能的检测及质量指标的监督管理

缺乏依据

,

与行业发展不相称

,

直接影响到产品的开

发和推广应用。同时

,

在公园等场合实际使用中

,

塑

木地板经阳光曝晒后常发生变色

,

且往往产生蠕变变

形和破坏

,

而目前对塑木材料的蠕变研究不多。

本文对放置在阳光环境中的塑木地板进行了材色和蠕

变性能的研究

,

试图为加强塑木地板的生产和质量管

理

,

制定塑木地板的标准提供理论依据。

[2-4]

1

　实验部分

1

1

1

　实验材料

本次实验采用空心型聚乙烯

(

PE

)

/

植物纤维塑

木复合地板

,

其结构示意图见图

1

。通过两步法生

产

,

将经干燥处理过的植物纤维与聚乙烯

(

PE

)

添

3国家自然科学基金项目

(

930871968

)

,

国家自然科学基金项目

(

30771683

)

,

耐水塑木地板

(

20079663-T-432

)

江苏省科技成果转化专项资金项目　33　联系人

star11110818@163

1

com

作者简介

:

周吓星

,

女

,1987

年生

,

硕士研究生

,

研究方向是生物质复合材料。

・

68

・

塑　料　工　业

2009

年　　

加一定比例的分散剂、界面处理剂等充分搅拌、混料

配合、经双螺杆挤出造粒待用

;

第二步将颗粒状的原

料抽真空后注入单螺杆挤出机

,

利用热塑性塑料在高

温下可以熔融流动的原理挤出成型

,

温度为

170

～

180

℃

,

挤出速度不到

40cm/min

。

弱

,

所以材料的材色变化不大。同时计算得

,

阳光环

3

境中放置四个月后

,

Δ

E

为

10

1

53,

其中前两个月急

剧增大

,

在第二个月时

,

达到最大

,

为

12

1

81,

而后

3

两个月略微减小。由色差与视觉的关系

:

Δ

E

<0

1

5,

3

人的视觉感觉为痕迹

;

Δ

E

=0

1

5

～

1

1

5,

人的视觉感

3

觉为轻微

;

Δ

E

=1

1

5

～

3

1

0,

人的视觉感觉为可察

33

觉

;

Δ

E

=3

1

0

～

6

1

0,

人的视觉感觉为可识别

;

Δ

E

3

=6

1

0

～

12

1

0,

人的视觉感觉为大

;

Δ

E

>12

1

0,

人

的视觉感觉为非常大

图

1

　空心型结构示意图

Fig1

Openingprofilestructure

[6]

。表明阳光环境放置四个月

后

,

材料表面颜色变化大

,

人的视觉感觉为大

,

影响

了产品的外观。为了保证塑木地板在实际使用中美观

漂亮

,

可以通过对植物纤维预处理或添加助剂来固定

材料的颜色

[7]

1

1

2

　实验设备与方法

。

采用日本

KONICAMINOLTACR

2

10

色差计测量

放置在阳光环境中两个月、四个月的塑木地板材色的

3333

L

、

a

、

b

值并计算

Δ

E

值。采用日本岛津

AG

2

10TA

自动控制电子万能力学试验机进行三点弯曲蠕

变试验

,

两端简支

,

跨距

200mm

。每个材料重复五

次试验

,

将试验得到的弯曲性能数据经过筛选

,

然后

计算平均值。选取

25%

、

50%

、

75%

三种应力水平

,

进行弯曲蠕变试验。

2

　结果与分析

2

1

1

　阳光环境对塑木地板的材色影响

物体颜色是决定消费者印象最重要的因素

,

也是

产品生产与设计中最生动最活跃的因素。塑木地板在

阳光环境中放置四个月后

,

颜色会发生变化

,

影响产

品外观。本文采用

CIE

(

1976

)

标准色度系统中的

L

、

a

、

b

值来表征材料颜色

,

并采用日本学者佐

333

道健研究得到的公式

:

Δ

E

=

[

(

Δ

L

)

+

(

Δ

a

)

3

21

/

2

3

+

(

Δ

b

)

],

计算

Δ

E,

其数值越大则表示材料

颜色变化越大

[

5

]

33

2

3

2

图

2

　阳光环境对塑木地板

L

3

、

a

3

、

b

3

、

Δ

E

3

值的影响

Fig2

Effectofthesunenvironmentonwood

2

plasticcomposite

333

Δ

E

3

deckingboardsabout

L

、

a

、

b

、

。

3333

图

2

是阳光环境对塑木地板

L

、

a

、

b

、

Δ

E

2

1

2

　阳光环境对塑木地板弯曲强度的影响

值的影响。由图

2

可见

,

阳光环境放置四个月后

,

材

料的白度

L

增大了

9

1

34

,

有明显的发白现象。尤其

是前两个月

,

材料的白度迅速增大

,

而后两个月

,

材

料的白度变化不大。材料的红绿轴色品指数

a

值一

直呈现上升的趋势

,

而黄蓝色轴色品指数

b

值总体

上

,

在前两个月逐渐增大

,

而后两个月开始减小

,

总

体上

a

和

b

分别增大了

4

1

18

、

1

1

42

。这是因为

,

材

料是从

7

月份放置到

11

月份。前两个月

,

尤其是

7

月份

,

南京的最高温度为

38

℃

,

平均温度为

25%

的

高温紫外光曝晒

,PE

塑料发生氧化降解。后两个月

(

9

～

11

月

)

,

室外温度降低

,

紫外光强度也有所减

33

3

3

3

表

1

是塑木地板标准化处理后的弯曲性能。由表

1

可见

,

放置在阳光环境中两个月、四个月后

,

材料

的弯曲强度分别降低了

10%

和

15%

。常温下

,

经过

8520s

蠕变试验

,

在

25%

和

50%

的应力水平下

,

材

料的抗弯强度分别降低了

0

1

6%

和

6

1

5%

。表明常温

下

,

蠕变对塑木地板的弯曲性能影响不大

,

同时塑木

地板在实际应用中

,

选用破坏载荷的

25%

作为允许

应力

,

可保证构件的强度。而在阳光环境中放置两个

月后

,

经过

8520s

蠕变试验后

,

在

25%

和

50%

的应

力水平下

,

材料的弯曲强度分别降低了

17

1

7%

和

28

1

6%;

放置四个月后

,

在

25%

和

50%

的应力水平

第

37

卷第

3

期周吓星等

:

阳光环境对塑木地板材色和蠕变性能的影响

・

69

・

下

,

材料的弯曲强度分别降低了

21

1

9%

和

30%

。表

明

,

阳光环境对材料的弯曲性能影响显著

,

这是因为

阳光曝晒后

,PE

塑料发生氧化降解

,

大分子链断裂

形成小分子

,

导致脆性增大

,

弯曲强度明显降低

,

影

响塑木地板的弯曲性能。

表

1

　塑木地板标准化处理后的弯曲性能

Tab1

Thebendingperformanceofwood

2

plasticcomposite

deckingboardsafterstandardization

环境

常温

放置时间

两个月

加载方式

纯弯曲

25%

蠕变

50%

蠕变

料的应变分别增长了

72

1

32%

、

131

1

08%

、

257

1

84%

和

64

1

32%

、

123

1

51%

、

284

1

31%

。表明

,

阳光环境

对材料的蠕变应变增长率影响不是很大。

弯曲强度

/MPa

1

1

000

0

1

994

0

1

935

1

1

000

0

1

994

0

1

935

0

1

889

0

1

823

0

1

714

0

1

852

0

1

781

0

1

700

四个月纯弯曲

25%

蠕变

50%

蠕变

图

3

25%

应力水平下塑木地板的蠕变性能

Fig3

ThecreepbehaviorofWPCat25%stress

阳光两个月纯弯曲

25%

蠕变

50%

蠕变

四个月纯弯曲

25%

蠕变

50%

蠕变

2

1

3

　阳光环境对塑木地板蠕变性能的影响

图

3

～

5

是不同应力下塑木地板的蠕变性能。由

图

3

～

5

可见

,

蠕变试验时

,25%

和

50%

应力水平

下

,

材料都没有发生断裂。其中

,25%

应力水平时

,

阳光环境中放置两个月和四个月后

,

产生的应变分别

是常温条件下的

1

1

08

和

1

1

14

倍。

50%

应力水平时

,

阳光环境中放置两个月和四个月后

,

产生的应变分别

是常温条件下的

1

1

13

和

1

1

23

倍。

75%

高应力水平

下

,

常温时

,

材料经历

8520s

应变达到

1

1

278%,

没有发生断裂

,

表明这种塑木地板的抗蠕变较好

;

而

在阳光环境中放置两个月

,

材料经历

4440s

应变达

到

1

1

596%,

发生断裂

;

放置四个月后

,

材料经历

3000s

应变达到

1

1

885%,

发生脆性断裂。表明材料

图

5

7%

应力水平下塑木地板的蠕变性能

Fig5

ThecreepbehaviorofWPCat75%stress

图

4

50%

应力水平下塑木地板的蠕变性能

Fig4

ThecreepbehaviorofWPCat50%stress

在相同加载方式下

,

阳光环境对材料的蠕变性能有一

定影响

,

且随着时间的增加

,

产生的蠕变应变越大。

图

6

是树木地板的蠕变应变增长率。由图

6

可

见

,

随着应力水平的增加

,

材料的应变增长率逐渐增

大

,

反映了塑木材料的蠕变曲线可分为三段式

:

第一

阶段为快速小变形阶段

,

应力与应变成正比

,

属于瞬

时弹性变形

;

第二阶段为应变平台阶段

,

应变随时间

的增加而增加得非常缓慢

,

应变几乎为恒定

,

属于延

迟弹性变形

;

第三阶段为加速断裂阶段

,

此时应变增

长非常迅速

,

直至断裂。

25%

、

50%

、

75%

应力水平

时

,

常温下材料的应变分别增长了

52

1

73%

、

117

1

86%

和

245

1

49%

。而阳光环境放置两个月和四个月后

,

材

图

6

　树木地板的蠕变应变增长率

Fig6

ThegrowthofstrainaboutWPC

・

70

・

塑　料　工　业

2009

年　　

3

　结论

1

)

阳光环境中放置四个月后

,

材料白度增加

,

复合材料的断裂损伤

[J].

塑料工业

,2007,35

(

2

)

:

44-45.

[3]POOLERDJ,earviscoelasticresponseofa

wood

–

plasticcompositeincludingtemperatureeffects[J].J

ThermoplastComposMater,2004,17

(

5

)

:427-445.

[4]JAZOULIS,LUOWB,BREMANDF,ation

oftimestressequivalencetononlinearcreepofpolycarbonate

[J].PolymTest,2005,24

(

4

)

:463-367.

[5]

佐道健

.

机器による测定值から视觉值÷の换算

:

L

、

a

、

b

表色系から

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材料,蠕变,木地板,塑料,性能,弯曲