本研究的目的是评估实验制造的木塑复合材料(WPC)样品暴露于水浸泡的表面质量。以美国俄克拉何马州入侵物种之一的东部红杉为材料，利用再生塑料制作塑木复合材料样品。将纳米粘土含量为0%、3%和6%的三种样品浸泡在水中长达1个月。用触针式仪器来评估其表面粗糙度与水暴露的关系。两个可接受的粗糙度参数，平均粗糙度(Ra)和平均峰谷(Rz)，用于确定由于水暴露样品表面质量的变化。平均1.5m和4.1m的粗糙度值测定的样品没有粘土在干旱条件下,那些在水中浸泡一个月,分别。在含有粘土的情况下，相应的值更低。根据这项研究的结果，触针技术似乎可以成功地应用于这些样品，以定量评价其表面质量时，他们暴露在水中的时间跨度较长。预计这项工作的数据将有助于更好地理解WPCs在环境条件下的行为。
木塑复合材料(WPC)是由回收塑料和细木屑或纤维制成的工程面板或木材产品。与刨花板、纤维板等传统复合材料相比，木塑复合材料在人造板行业是一种相对较新的产品。木塑复合材料被广泛用于许多应用，包括外部家具，甲板，操场设备，围栏和屋顶。
压力处理的木材，特别是铬化砷酸铜(CCA)，从年起在美国被禁止用于直接与人类接触的地方。化学处理的木材产品，如甲板材料，由于健康问题以及环境污染，正在失去市场份额。这些参数迫使外部复合材料行业从可持续发展的角度开发新的工程产品，包括WPCs。
一个典型的木塑复合材料装置可以通过两步工艺生产。木材材料与热塑性塑料的结合，如高密度聚乙烯(HDPE)，低密度聚乙烯(LDPE)，或聚氯乙烯(PVC)混合在一起，产生复合，其呈面团状稠度。在商业规模上，连续生产工艺因其效率优于分批生产工艺。典型的原料是20目到60目的木材颗粒，此外还加入发泡、偶联剂和染料，以增强最终产品的整体性能。大多数塑件是通过采用单螺钉或双螺钉的挤压工艺生产的，以形成产品的最终形状。
研究目的
尽管对东部红杉WPCs的力学性能已经有过研究，但关于这种实验样品的表面质量作为水暴露的函数的信息很少。因此，本研究的目的是通过一种触针方法作为质量控制工具，量化由东方红杉制成的木塑板样品的表面粗糙度作为水暴露的函数。本研究发现的数据有助于塑木复合材料制造商更好地了解塑木复合材料的整体吸湿特性。
研究材料和方法
两棵胸高15厘米的东部小红杉被撕成大碎片，成为整棵树。在用40目的细材料筛分之前，这些芯片用锤磨机进一步还原成颗粒。在下一步，原料被干燥到4%的水分含量在一个实验室型烘箱。商业生产的高密度聚乙烯(HDPE)，马来酸酐，和3%和6%的纳米粘土颗粒烘干重量均质混合在搅拌机中。制备了不含纳米粘土的样品作为对照样品。将混合料送入锥形反向旋转双螺杆挤出机中，以生产混合芯片。首先放在冰箱中冷却30分钟，然后作为原料用在注射成型机上。注塑机生产的WPC小样品尺寸为mm10mm3mm，如图1所示。总共有60个样品被考虑用于这些测试。将A型、不含纳米粘土、B型和C型各20个纳米粘土含量分别为3%和6%的样品浸泡在水箱中1-4周。在每周结束时，将标本从水箱中取出，冲洗，并在0.01g的精确水平上称重。粗糙度测量采用针式SRT-装置。设备包括一个主要单元和一个拾音器skid-type金刚石触针5m齿顶圆角半径和90o提示角用于表面粗糙度测试。平均粗糙度(Ra)和峰谷平均高度(Rz)这两个粗糙度参数被用来量化样品的粗糙度。在初始干燥条件下和水浸泡过程中，在样品两侧各进行三次随机表面测量，共6次。粗糙度试验示踪长度为15mm。图1和图2分别描述了WPC样品和触针式设备。
图1.木塑复合样品
图2.Stylus-type轮廓曲线仪
研究结果
图3显示了干燥样品和水暴露样品的平均粗糙度值。Ra值1.5m被发现没有粘土含量的控制样品。从表1也可以看出，添加3%和6%粘土的对照试样与不添加粘土的对照试样相比，其Ra值没有任何显著差异。结果表明，浸泡一周的水对所有样品的整体表面质量产生了显著的负面影响。如表1中可以观察到,Ra值的样本类型A,B和C被发现是3.2m,分别3.3m和3.1m。众所周知，木材是一种吸湿性材料，对潮湿很敏感，浸泡在水中的样品的粗糙度恶化，即使是一周，也很容易与聚合物化合物中含有50%的东方红杉颗粒有关。当样品暴露在水中的时间延长，依次为3周和4周时，样品的表面劣化程度逐渐减小。例如,样品类型C和6%粘土Ra值3.8m的三星期的水浸泡和这个值只增长了2.56%时,保存在一个星期。这似乎表明，在样品中添加粘土会产生某种屏障，从而减少了水在聚合物基体中的扩散。在先前的研究中,按材料样品的表面粗糙度是评价和标本的Ra和Rz值范围分别为1.98m4.48m和16m33m。根据本研究的结果，两种不同粘土含量的样品的平均粗糙度(Ra)值没有显著差异。各类型样品峰谷平均高度(Rz)结果与Ra值的变化趋势一致。结果表明，长时间的水浸泡对木塑板表面质量的影响不明显，说明在木塑板表面进行涂层或某种处理，可以延长木塑板的使用寿命，提高其利用率。
图3.不同曝光时间下样品的平均粗糙度(Ra)值。
表1.样品的粗糙度值m(括号内数字标准差值)。
结论
本研究试图评估实验制造的木塑复合材料样品暴露于水中时的表面质量。根据这项工作的发现，很明显，针式设备可以成功地用于量化由于水暴露在WPC样品表面的任何不规则性。在样品中加入粘土可以在一定程度上增强其吸水特性。这些数据将有助于更好地理解WPCs在环境条件下的总体行为。在未来的研究中，研究人员希望能在微观尺度上研究暴露在水中的塑料和木材颗粒之间的相互作用。
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