（材料加工工程专业论文）剑麻纤维聚丙烯树脂木塑复合材料的制备及性能研究.pdf

p r e p a r a t i o na n dp r o p e r t yi n v e s t i g a t i o no f si s a lf i b e r p o l y p r o p y l e n er e s i nw o o d - - p l a s t i cc o m p o s i t e s m a j o r ：m a t e r i a l sp r o c e s s i n ge n g i n e e r i n g d i r e c t i o no fs t u d y ：p o l y m e rc o m p o s i t e s g r a d u a t es t u d e n t ：l i ut i n g s u p e r v i s o r ：p r o f l us h a o r o n g f a c u l t yo fm a t e r i a ls c i e n c ea n de n g i n e e r i n g g u i l i nu n i v e r s i t yo f t e c h n o l o g y s e p t e m b e r , 2 0 0 8t oa p r i l ，2 0 10 研究生学位论文独创性声明和版权使用授权书 独创性声明 本人声明：所呈交的论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。据 我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含他人已经发表或撰写过的 研究成果，也不包含为获得其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。对论文的完成提 供过帮助的有关人员已在论文中作了明确的说明并表示谢意。 学位论文作者( 签字) ： 签字日期： 、 蒋 珈j 0阻书只l 翰 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解( 学校) 有关保留、使用学位论文的规定，有权保留并向 国家有关部门或机构送交论文的印刷本和电子版本，允许论文被查阅和借阅。本人授 权( 学校) 可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、 缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。同时授权中国科学技术信息研究所将本 学位论文收录到中国学位论文全文数据库，并通过网络向社会公众提供信息服务。 ( 保密的学位论文在解密后适用本授权书) 本论文是否保密：是 衫 学位做作者躲言 j 哥 签字日期：刁f 律移月f 日 如需保密，保密期限为： 导师签字： 他豸何 签字日期：弘f 啤6 月f 日 桂林理工大学硕士学位论文 中 甚s 文 本文采用自制超分散莉对剑麻纤维进行表面处理，通过熔融共混弗l 压成型法制备s f p p 木塑复合材 料。研究了剑麻表面处理方法、剑麻含量及与玻璃纤维( g f ) 混杂的用量对复合材料结构和性能的影响。 采用f r r 取、w a x d 、t g 、d s c 、s e m 等测试手段对复合材料的的结构和性能进行表征，通过试验得出 以下主要研究成果： 1 所合成超分散剂作用机理是通过分子上的- o h 、- s 0 3 h 、c o o - 等锚固基团与s f 表面上的- o h 形 成氢键和共价键，起“分子桥”的作用；而超分散剂中的柔性链能与p p 较好的相容，从而改善了s f p p 复合材料的界面相容性。 2 s f p p 复合材料的力学性能表明：经超分散剂处理后的s f 能有效提高复合材料的力学i 生能，当 s f 含量为2 0 w t l 刊 。复合材料的冲击强度达2 2 0 9k j m 产，比碱处理的提高了4 0 0 ；弯曲强度等得到相 应提高。 3 复合材料热性能的研究结果表明：复合材料的最大热分解温度随s f 含量的增加逐渐增大，热稳 定性均优于纯p p 。同时p p 的结晶度也有所提高；g f 的加入不仅提高了s f g f p p 复合材料的热分解温 度，也提高了p p 相的结晶速率和结晶度。 4 摩擦磨损、热氧老化和浸水试验研究表明：s f 经超分散剂处理后，在含量为3 0 w t 时，复合材 料的比磨率最小，耐磨陛最佳；当s f 含量为5 0 w t 时，复合材料经热氧老化1 6 d 后，其冲击强度和弯 曲强度下降幅度最大，分别达l o 18k j r n 2 和3 3 8 8 m p a ，各自保持率为6 8 3 和7 8 3 。在相同s f 含量 下，复合材料浸水8 d 后，其冲击强度和弯曲强度下降幅度也最大，分别达9 8 8k j m - 2 和2 1 0 2 m p a ，与 未浸水的相比，下降了3 3 7 和5 1 4 ，吸水率和吸水厚度膨胀率达最大值6 4 4 和5 2 6 。 5 w a x ) 研究分析表明：s f 表面处理方法和s f 含量以及g f 的加入均不会改变基体树脂p p 的晶 态结构，复合材料中的p p 仍以昏晶型为主。 6 s e m 形貌分析表明：超分散剂处理的s f 能很好地被p p 树脂包覆，使纤维与树脂问的粘合力提 高，且改交了s f p p 复合材料的断裂方式，表明超分散剂能进步提高s f 与p p 的界面相容性；随着 s f 含量的增加，冲击断面出现的聚集现象加剧，材料断裂所拔出留下的空穴增多，从而影响了材料的力 桂林理工大学硕士学位论文 a b s t r a c t i no u rw o r k , s i s a lf i b e r ( s f ) w a sp r e t r e a t e db ys e l f - m a d es u p e r - d i s p e r s a n tc o n t a i n i n gt h ef l e x i b l e c h a i ns t r u c t u r et r e a t m e n t s i s a lf i b e r p o l y p r o p y l e n e ( s f p p ) w o o dp l a s t i cc o m p o s i t e sw e r ep r e p a r e d b yu s i n gp o l y p r o p y l e n e ( p p ) a sm a t r i x , s i s a lf i b e r ( s f ) a sr e i n f o r c e m e n tt h r o u g hm a s t i c a t i n g ， m e l t - c o m p o u n d i n ga n dc o m p r e s s i o nm o l d i n gt e c h n o l o g y e f f e c t so ft h ec o n t e n to fs f , i t ss u r f a c e t r e a t m e n t sa n dt h eh y b r i dc o n t e n tw i t hg l a s sf i b e r ( g f ) o ns t r u c t u r e sa n dp r o p e r t i e so fc o m p o s i t e s w e r es t u d i e d t h es t r u c t u r e sa n dp r o p e r t i e so fc o m p o s i t e sw e r ei n v e s t i g a t e db ym e a n so ff o u r i e r t r a n s f o r m e di n f r a r e ds p e c t r o s c o p y ( f t i r ) ，w i d e - a n g l ex - r a yd i f f r a c t i o n ( w a x d ) ，t h e r m o g r a v i m e t r y a n a l y z e r ( t g a ) ，d i f f e r e n t i a ls c a n n i n gc a l o r i m e t r y ( d s c ) ，s c a n n i n ge l e c t r o n i cm i c r o s c o p y ( s e m ) ， r e s p e c t i v e l y t h ee x p e r i m e n t a lr e s u l t sa r eg i v e na sf o l l o w i n g ： i t h er e l e v a n tm e c h a n i s mo fs u p e r - d i s p e r s a n tc o n t a i n i n gt h ef l e x i b l ec h a i ns t r u c t u r ew a st h a t s u p e r - d i s p e r s a n tw a sae o p o l y m e rd i s p e r s a n tw i t hh y d r o p h i l i ca n dh y d r o p h o b i cg r o u p s ，i nw h i c ht h e r e w e r em a n ya n c h o r i n gg r o u p sc o n t a i n i n g o h 、一s o s h 、- c o o - w h e r eh y d r o g e nb o n d sa n dc o v a l e n t b o n d sw e r ef o r m e da f t e rf u n c t i o nw i t hh y d r o x y lg r o u p so nt h es u r f a c eo ft h es i s a l s ，w h i c ho w n e d m o l e c u l a rb r i d g ef u n c t i o n w h i l et h ef l e x i b l ec h a i no fs u p e r - d i s p e r s a n tc o u l da c to nw i t hp pw e l l ，t h i s w o u l di m p r o v et h ei n t e r f a c ea d h e s i o no fs f p pc o m p o s i t em a t e r i a l s 2 t h em e c h a n i c a lp r o p e r t i e so fs f p pc o m p o s i t em a t e r i a l si n d i c a t e dt h a tt h ei m p a c ts t r e n g t h c a m eu pt ot h eb e s tv a l u e2 2 0 9 k j m - 2w h e nt h em a s sf r a c t i o no fs i s a lf i b e rw a s2 0 w t a n ds i s a lf i b e r w a st r e a t e db ys u p e r - d i s p e r s a n t , b e i n g4 0 o h i g h e rt h a nt h a to fa l k a l i e ds 聊pc o m p o s i t e s a tt h e s a m et i m e ，t h ef l e x u r a ls t r e n g t ha n df l e x u r a lm o d u l u so fs f p pc o m p o s i t em a t e r i a l sc o u l db e e n h m a c e d 3 t h er e s e a r c hr e s u l t sa b o u tt h e r m a lp r o p e r t i e so fc o m p o s i t em a t e r i a l si n d i c a t e dt h a tt h eb e s t t h e r m a ld e c o m p o s i t i o nt e m p e r a t u r eo fc o m p o s i t em a t e r i a l si m p r o v e dg r e a t l yw i t ht h ei n c r e a s eo fs f c o n t e n t , a l lt h e r m a lp r o p e r t i e so fw o o d p l a s t i cc o m p o s i t e sw e r eb e t t e rt h a nt h a to fp u r ep p ；a n dt h e d e g r e eo fc r y s t a l l i n i t yo fp pw e r ei n c r e a s e dt o o t h ea d d i t i o no fg l a s sf i b e ri m p r o v e dt h et h e r m a l d e c o m p o s i t i o nt e m p e r a t u r eo fs f g f p pc o m p o s i t e s ，i ta l s oi m p r o v e dc r y s t a l l i z a t i o nr a t ea n dd e g r e e o f c r y s t a l l i n i t yo f p e 4 t h ee x p e r i m e n tr e s e a r c h e sa b o u tt r i b o l o g i c a lp r o p e r t i e s ，t h e r m o o x i d a t i v ea g i n ga n dw a t e r i m m e r s i o no fc o m p o s i t e si n d i c a t e dt h a tt h ew e a l m a s sl o s s r a t eo fc o m p o s i t e sw a sl e a s ta n dt h e c o m p o s i t e sh a dt h eb e s tw e a rr e s i s t a n c e w h e nt h es fw a st r e a t e db ys u p e r - d i s p e r s a n ta n dt h es f c o n t e n tw a s3 0 w t w h e nt h es fc o n t e n tw a s5 0 w t ，s f p pm a t e r i a l sw e r ea g e db yt h e r m a l o x i d a t i o nf o r1 6d a y s ，t h e i ri m p a c ts t r e n g t h 、f l e x u r a ls t r e n g t hd e c r e a s e ds h a r p l y , w e r e1 0 1 8k j 。m 2a n d l l 桂林理工大学硕士学位论文 3 3 8 8 m p a , r e s p e c t i v e l y , a n dw e r e6 8 2 8 、7 8 3 0 o fn ot h e r m o - o x i d a t i v ea g i n gc o m p o s i t e s u n d e r t h es a m es fc o n t e n t , c o m p o s i t em a t e r i a l sw e r ei m m e r s e df o r8 d a y s ，t h e i ri m p a c ts t r e n g t h 、f l e x u r a l s t r e n g t hd e c r e a s e ds h a r p l y , t o o t h e yr e a c h e d9 8 8l d m a n d21 0 2 m p ar e s p e c t i v e l y , a n dd e c r e a s e d b y3 3 7 a n d51 4 c o m p a r e dt on ow a t e ri m m e r s i o nc o m p o s i t e s w h i l ew a t e ra b s o r p t i o nr a t ea n d t h i c k n e s ss w e l l i n gr a t er e a c h e dt h eb e s t6 4 4 a n d5 2 6 r e s p e c t i v e l y 5 t h er e s u l t so fw i d e - a n g l ex r a yd i f f r a c t i o n ( w a x d ) t e s t sp r o v e dt h a ts u r f a c et r e a t m e n t m e t h o d sa n dc o n t e n to fs fa n dt h ea d d i t i o no fg fd i dn o tc h a n g ec r y s t a l l i n es t r u c t u r e so fp pm a t r i x ， a n dt h ep po fc o m p o s i t e sw e r es t i l la c r y s t a l 6 t h es c a n n i n ge l e c t r o n i cm i c r o s c o p y ( s e m ) o b s e r v a t i o n so fi m p a c t e df r a c t u r es u r f a c e so f c o m p o s i t e si n d i c a t e dt h a ts fc o v e r e db yp pw e l la f t e rs e l f - m a d es u p e r - d i s p e r s a n tt r e a t m e n t ，i m p r o v e d t h ea d h e s i o nc a p a c i t yo fs f p pc o m p o s i t e s a tt h es a m et i m e ，i ta l s oc h a n g e df r a c t u r em e c h a n i s m so f s f p pw o o d p l a s t i cc o m p o s i t e sa n di m p r o v e dt h ei n t e r f a c ec o m p a t i b i l i t yf u r t h e r m o r ea n dm o r e p h e n o m e n o n so fs fa c c u m u l a t i o na p p e a r e ds h a r p l yw i t ht h ei n c r e a s eo fs fc o n t e n t ，w h i c hl e a dm o r e c a v i t i e sa p p e a r i n gw h e nm a t e r i a l sw e r er u p t u r e d ，t h e s ea f f e c t e dt h em e c h a n i c a lp r o p e r t i e so fs f p p w o o d p l a s t i cc o m p o s i t e s g fd i s p e r s e dw e l li nt h ep pm a t r i x , w h i c hd e l a y e dt h ec r a c kd e v e l o p m e n t a n dt o o kar o l ei ns y n e r g i s t i c - t o u g h e n i n gw i t ht h es fa n de l a s t o m e r s 。n e wm i c r o - h o l e sa n dc r a c k so f c o m p o s i t e sf o r m e da f t e rw a t e rm o l e c u l e si n t ot h er e s i ng a pa n dm i c r o - h o l e s ，w h i c hw o u l dd e s t r o yp p m a t r i xo fc o m p o s i t e s ，a n di tw e a k e nt h em e c h a n i c a lp r o p e r t i e so fc o m p o s i t e s 7 t h es c a n n i n ge l e c t r o n i cm i c r o s c o p y ( s e m ) o b s e r v a t i o n so fw o i t is u r f a c e so fc o m p o s i t e s s h o w e dt h a ta b r a s i v ew e a ra n da d h e s i v ew e a l w e r ec o n s i d e r e da st h ea b r a s i v em e c h a n i s m so fb a r ep p m a t r i x , s f p pw o o d - p l a s t i cc o m p o s i t e sw e a rm a i n l yp r e s e n t e da b r a s i v ew e a r , w h i l es f g f p p c o m p o s i t e sw e a rw a s ac o o p e r a t i o nr e s u l to fa b r a s i v ew e a ra n da d h e s i v ew e a r k e yw o r d s ：s i s a lf i b e r ；, p o l y p r o p y l e n e ；w o o d - p l a s t i cc o m p o s i t e ；g l a s sf i b e r , s u p e r - d i s p e r s a n t ； w e a rr e s i s t a n c e ；a g i n gr e s i s t a n c e i i i 桂林理工大学硕士学位论文 目录 第一章绪论1 1 1 前言l 1 2 木塑复合材料2 1 2 1 木塑复合材料的发展概述2 1 2 2 木塑复合材料的性能4 1 2 3 木塑复合材料存在的问题5 1 2 4 改善木塑复合材料界面相容性的方法6 1 2 4 1 天然植物纤维的表面改性7 1 2 4 2 塑料基体的改性1 0 1 2 4 3 木塑复合材料中加入相容剂1 0 1 2 5 木塑复合材料的加工工艺l o 1 2 6 木塑复合材料的发展趋势1 1 1 3 剑麻纤维和聚丙烯的基本性质1 2 1 3 1 剑麻纤维的组成1 2 1 3 2 剑麻纤维的形态1 3 1 3 3 剑麻纤维的性能1 3 1 3 4 聚丙烯的性能1 4 1 4 剑麻纤维增强聚丙烯的研究现状1 4 1 5 本论文研究的目的、意义和主要内容1 6 第二章碱处理对s f p p 木塑复合材料性能的影响1 7 2 1 引言1 7 2 2 实验部分1 7 2 2 1 试验原材料1 7 2 2 2 实验仪器及设备1 7 2 3s f p p 木塑复合材料的制备1 8 2 3 1s f 的碱处理方法1 8 2 3 2 碱处理原理1 8 2 3 3s f p p 木塑复合材料的制备工艺路线。1 8 2 3 4s f p p 木塑复合材料的制备1 9 2 3 5 性能测试及表征1 9 2 4 结果与讨论1 9 2 4 1 碱处理浓度对s f p p 木塑复合材料力学性能的影响1 9 2 4 2 碱处理时间对s f p p 木塑复合材料力学性能的影响2 0 i v 桂林理工大学硕士学位论文 2 4 3s f 与s f p p 木塑复合材料的微观结构分析2 1 2 5 本章小结2 2 第三章含柔性链超分散剂对s f p p 木塑复合材料性能的影响2 4 3 1 引言2 4 3 2 实验部分2 4 3 2 1 实验原材料与仪器设备2 4 3 2 1 1 试验原材料2 4 3 2 1 2 试验仪器及设备2 5 3 2 2 含柔性链超分散剂的合成2 5 3 2 3s f 预处理及复合材料的制备2 5 3 2 4 性能测试及表征2 5 3 3 结果与讨论2 6 3 3 1 含柔性链超分散剂的增容机理2 6 3 3 2 含柔性链超分散剂对s f p p 复合材料力学性能的影响2 8 3 。3 2 1 柔性链段长度对s f p p 复合材料力学性能的影响2 8 3 3 2 2 超分散剂用量对s f p p 复合材料力学性能的影响2 8 3 3 2 3 不同种类分散剂对s f p p 复合材料力学性能的影响2 9 3 3 3 超分散剂对s f p p 复合材料的晶态结构的影响3 0 3 3 4 超分散剂对s f p p 复合材料热性能的影响3 0 3 3 4 1 热稳定性3 0 3 3 4 2d s c 分析3 1 3 3 5s f p p 复合材料的微观结构3 2 3 4 本章小结3 2 第四章剑麻纤维聚丙烯复合体系的性能研究3 4 4 1 引言3 4 4 2 实验部分3 4 4 2 1 实验原材料与仪器设备3 4 4 2 1 1 试验原材料3 4 4 2 1 2 试验仪器及设备3 4 4 2 2s f 预处理及s f p p 复合材料的制备3 5 4 2 3 性能测试及表征3 5 4 3 结果与讨论3 6 4 3 1s f 对s f p p 复合材料力学性能的影响3 6 4 3 1 1s f 对s f p p 复合材料冲击强度的影响3 6 v 桂林理工大学硕士学位论文 4 3 1 2s f 对s f p p 复合材料热变形温度的影响3 6 4 3 1 3s f 对s f p p 复合材料弯曲强度的影响3 7 4 3 1 4s f 对s f p p 复合材料熔体流动速率的影响3 7 4 3 1 5s f 对s f p p 复合材料吸水性能的影响3 8 4 3 1 6s f 对s f p p 复合材料邵氏硬度和密度的影响3 8 4 3 2s f 对s f p p 复合材料晶态结构的影响3 9 4 3 3s f 对s f p p 复合材料热性能的影响3 9 4 3 3 1 热稳定性3 9 4 3 3 2d s c 分析4 0 4 3 4s f p p 复合材料的微观结构4 1 4 4 本章小结4 2 第五章剑麻纤维玻璃纤维混杂增强p p 复合材料的研究4 4 5 1 引言一4 4 5 2 实验部分4 4 5 2 1 实验原材料与仪器设备4 4 5 2 1 1 试验原材料4 4 5 2 1 2 试验仪器及设备4 5 5 2 2s f 预处理及6 f s f p p 复合材料的制备4 5 5 2 3 性能测试及表征4 5 5 3 结果与讨论4 6 5 3 1s f g f 混杂比对s f g f p p 复合材料力学性能的影响4 6 5 3 2s f g f 混杂含量对s f g f p p 复合材料力学性能的影响4 7 5 3 3s f g f 对s f f i f p p 复合材料晶态结构的影响4 7 5 3 4s f g f 对s f g f p p 复合材料热性能的影响4 8 5 3 4 1 热稳定性4 8 5 3 4 2d s c 分析4 8 5 3 5s f g f p p 复合材料的微观结构4 9 5 4 本章小结5 0 第六章s f p p 木塑复合材料耐磨损、耐老化和耐水性能研究5 1 6 1 引言5 1 6 2 实验部分5 1 6 2 1 实验原材料与仪器设备5 1 6 2 1 1 试验原材料5 1 6 2 1 2 试验仪器及设备5 1 v i 桂林理工大学硕士学位论文 6 2 2 试验测试条件5 2 6 2 3 性能测试及表征5 3 6 3 结果与讨论5 3 6 3 1 复合材料的耐磨性能5 3 6 3 1 1s f p p 复合材料的耐磨性能5 4 6 3 1 2s f g f p p 复合材料的耐磨性能5 5 6 3 1 3 复合材料磨损面的s e m 形貌分析5 6 6 3 2s f p p 复合材料的耐热氧老化性5 6 6 3 2 1 热氧老化时间对s f p p 复合材料力学性能的影响5 6 6 3 2 2 热氧老化对不同s f 含量复合材料力学性能的影响5 7 6 3 2 3 热氧老化对s f p p 复合材料热性能的影响5 8 6 3 2 4s f p p 复合材料热氧老化后的s e m 形貌分析5 9 6 3 3s f p p 复合材料的耐水性6 0 6 3 3 1 吸水时间对s f p p 复合材料力学性能的影响6 0 6 3 3 2 吸水对不同s f 含量复合材料力学性能的影响6 0 6 3 3 3 水分对s f p p 复合材料热性能的影响6 1 6 3 3 4s f p p 复合材料浸水后的s e m 形貌分析6 3 6 4 本章小结6 3 第七章结论与展望6 5 参考文献6 8 致谢7 5 个人简历7 6 附录攻读硕士学位期间发表的学术论文7 7 v i l 桂林理工大学硕士学位论文 1 1 前言 第一章绪论 随着人们的生活水平逐步提高，人们对家居装饰和居住环境要求也逐步提高。在 过去1 0 年中，国家新建设的城市居民住宅达3 3 5 亿平方米，新建设的村镇住宅达5 0 亿平方米，建设公共建筑1 0 亿平方米。此外，现今欧美市场的贸易保护主义横行， 壁垒高筑，众多外向型的家居企业已经调转船头，力拼国内市场，这就意味人们对木 材需求与日俱增，促进了建筑行业、家居装修产业的蓬勃发展，人们对家装要求的档 次也逐步提高，要提供大量高档次的家装必然离不开新技术的支持和新材料的选用 【lj 众所周知，我国是一个森林资源极度贫乏的国家，储量小，森林覆盖率仅为 1 2 7 ，占世界森林覆盖率的6 1 3 ；人均森林蓄积量为l o m 3 ，占世界人均蓄积量的 1 2 5 ，人均木材消耗水平不足o 0 5 m 3 a ，再加上其它不合理的砍划、开采及各方面 的应用，导致森林面积急剧减少，可采资源已面临枯竭，产量满足不了市场的需求【z j 。 此外，木材加工过程中剩下的废弃物或被填埋或被焚烧，不但污染环境，降低利用效 率，浪费了自然资源，严重阻碍了社会经济和环境的可持续发展p 巧j 。因此，天然木 材的匮乏已经成为当今世界面临的问题之一，各国政府都在加强森林保护法的实施和 监督力度，致力于保护天然资源。我国是个农业大国，每年有5 亿吨农作物秸秆产生 【6 1 。充分利用农业资源，提高其附加值，可解决资源匮乏的问题，符合国家“九五”发 展计划和二o 一0 年“以塑代木、以塑代钢、节约资源、保护环境”远景目标规划。 我国还是个塑料大国，近几年塑料制品的产量达到2 0 0 0 多万吨，位屏世界第二。 人们在享受便利生活、感叹科技发达的同时，塑料材料的使用量和废气量的增加，也 带来了一系列的问题。最引人关注的就是对地球环境造成严重危害的“白色污染”，尤 其是丢弃的一次性餐盒、食品袋、编织袋、塑料袋等，这不仅造成资源严重浪费，而 且对保护生态环境，建设可持续发展的节约型社会造成了不可忽视的影响。因此，寻 求一种既环保又能有效循环利用资源的方法迫在眉睫，在这种情况下，木塑复合材料 便应运而生，它能将农业剩余植物纤维作为增强材料与塑料( 或废弃塑料) 复合成为 新型绿色环保材料，不仅提高了资源的利用率，解决木材资源紧缺的问题，而且保护 环境、促进发展，使社会效益和经济效益获得双赢，完全符合现代复合材料的发展方 向。 木塑复合材料的发展顺应了时代潮流，受到科学界和工业界的极大关注。木塑复 合材料的材质除选用木材外，自然界的天然植物纤维也倍受青睐，如麦草、茅草、黄 桂林理工大学硕士学位论文 麻、剑麻、苎麻、甘蔗渣、糠、葵花杆等。天然植物纤维是自然界最为丰富的天然高 分子材料，每年总产量多达千亿吨，远远超过了地球上现存石油的总储量【_ 7 引，是一 种极为重要的资源。与传统合成纤维相比，天然植物具有资源丰富、价格低廉、密度 小、比强度和比模量高、生物降解性和可再生等优点，具有其它增强纤维无法比拟的 优越性。充分发挥植物纤维的独特特性，挖掘它的潜力，不断扩大应用领域，将具有 广阔的发展前景。 近年来，人们对木塑复合材料做了大量研究1 9 , 1 0 】，主要是集中在木粉的改性、热 固性塑料的改性及p v c 、p s 、p e 、p p 与木粉的界面改性上【l ，而对剑麻纤维增强聚 丙烯的研究较少，剑麻纤维与其它纤维混杂增强聚丙烯的研究就更为罕见。因此，本 文开展剑麻纤维表面改性及混合纤维增强聚丙烯的工作具有重要意义。 1 2 木塑复合材料 1 2 1 木塑复合材料的发展概述 木塑复合材料( w o o dp l a s t i c sc o m p o s i t e s ，简称w p c ) 是利用锯末、木屑、木纤维、 秸秆纤维、麻纤维等初级生物质材料作为增强材料，把塑料作为树脂基体，利用高分 子界面化学原理和塑料填充改性的特点，添加助剂，按一定比例混合，经熔融共混、 模压成型或注塑成型等工艺制成一定形状的可逆循环利用、涵盖面广的板材、片材或 型材。目前的研究热点是采用天然植物纤维( 如木粉、甘蔗渣、亚麻、稻壳等) 与热塑 性塑料( p p 、p s 、p e 和p v c 等) 共混制成木塑复合材料【l 2 1 。 利用天然植物纤维与树脂基体复合制备材料的研究已有悠久的历史。早在二千年 前，我国就利用麻丝与大漆制备漆器，至今仍保存完好。1 9 0 7 年l e o hb e n d 博士【l 3 j 就利用木粉与热固性酚醛树脂复合制备术塑复合材料。但由于木粉与塑料的相容性 差，导致其复合材料的性能较差，应用领域受到限制。直至1 9 6 3 年，b r i d g ef o r d 发 明了一种添加剂，用以改善木纤维和塑料基体的界面相容性，进而提高木塑复合材料 的性能【l4 1 。此后，陆续开发了新型的改性剂。m e y e r 、g a y l o r d 等先后将偶联剂应用 于木纤维和塑料复合材料，增强了木纤维和塑料的界面粘结力，使木塑复合材料的物 理力学性能得到提高 1 5 , 1 6 】，并于1 9 6 4 年，被列为十大科学成就之一。紧接着，1 9 6 5 年在美国纽约举行了木塑复合材料专题座谈会并介绍了热引法制造木塑复合材料。 1 9 6 7 年在泰国曼谷举行国际会议，商讨木塑复合材料被列入和平利用原子能的项目 事宜，木塑复合材料逐渐受到人们重视。1 9 8 0 年，阿特隆公司全面推广木塑复合材 料的实用技术并申请专利。1 9 8 3 年，美国对木塑复合材料较早应用的是w o o d s t o c k 公司，它采用意大利的挤出技术，以5 0 左右的木粉和聚丙烯为原料，混合挤压成一 张板，再经加工修饰成汽车内部底板装置，具有强度好、硬度高、价格低廉等特点， 桂林理工大学硕士学位论文 至今仍被广泛使用【1 7 】。此外，美国的t e d d y v s m i t h 也将木粉与废旧的热塑性塑料混 合制成家居装饰板等i l 引。 随着木塑行业的发展，与此相关的偶联剂也得到重视。从1 9 8 0 到1 9 9 0 年产生了 4 0 多种偶联剂，其中以马来酸酐改性聚丙烯( m a p p ) 和聚亚甲基聚苯基异氰酸酯 ( p m p p i c ) 的效果较佳，最为常用。自二十世纪中期以来，国外就将木塑复合材料 实行商业化，许多国家投入大量的人力和物力研究开发木塑复合材料，国外众多学者 对木塑复合材料做了大量理论研究和实际生产操作及相关工艺流程，期望及时解决木 材匮乏和塑料污染等问题。1 9 9 1 年由美国塑料协会、美国林产品学会和美国化学学 会等联合组织在美国的威斯康星州麦迪逊成功举办了第一届木塑复合材料国际研讨 会( i n t e r n a t i o n a lc o n f e r e n c eo nw o o d f i b e r - p l a s t i cc o m p o s i t e s ) ，讨论木塑复合材料形成 的基础理论、生产工艺、测试方法、相关技术标准、政策法规、产品用途和市场发展 等问题，有效的促进了木塑复合材料的发展。次年，在加拿大多伦多召开了以“木纤 维塑料复合材料的进展”为鲜明主题的同类会议，进一步探讨木塑复合材料的发展问 题，商讨木塑的研究进展和市场发展潜力。 二十世纪九十年代后，以热塑性塑料为主的木塑复合材料逐渐进入人们的视野， 成为首选用品，产品的应用集中在托盘和集装箱等方面。近年来人们在木塑复合材料 中逐渐增大木粉的含量，提高资源的附加值和降低成本，使得木塑复合材料的实际应 用提高了一个档次【l9 1 。随后，日本、加拿大、奥地利、韩国、美国、瑞典等国家纷纷 采用先进技术，生产木塑制品，推向市场，主要应用在汽车内衬板、仪表板、后搁板、 行李箱等产品上。目前北美地区是木塑复合材料发展最大的市场，它将木塑复合材料 一部分应用 混凝土轨枕 大量资金帮 命【2 1 2 5 1 。 我国对 枝共聚技术 理方法将废 2 6 - 2 7 1 。随后n u ，u 响因素等做 生产工艺、 压技术生产 所的廖兵等 木纤维聚氯 进行了研究 桂林理工大学硕士学位论文 相容性，以此提高复合材料力学性能。1 9 9 8 年，中国林科院的秦特夫详细介绍了几