纤维增强木塑复合材料研究进展

木塑复合材料属于生物质复合材料的范畴,是一种无毒、可循环利用的环境友好型材料,从20世纪末开始到现在经历了20多年的高速产业化发展。但木塑复合材料力学性能偏低,特别是韧性差,导致应用领域偏窄,是目前制约木塑复合材料发展的主要因素之一。众多研究表明,将纤维添加到木塑复合材料中形成多元结构复合材料,可提高木塑复合材料的力学性能。本文概述了纤维增强木塑复合材料的研究现状,按天然纤维素纤维、合成纤维、非金属纤维、金属纤维4大类归纳了常用作增强复合材料的纤维,综述了采用玻璃纤维、矿物质纤维、碳纤维、芳纶纤维、聚对苯二甲酸乙二醇酯纤维和天然纤维素纤维等增强木塑复合材料的制备方法和增强效果。结果表明,不同种类的纤维对木塑复合材料均有不同程度的增强或增韧作用。短切纤维在添加量上存在"临界值",在"临界值"之前,添加量与增强效果呈正相关,在"临界值"之后呈负相关。连续玻璃纤维的增强效果尤为明显,其中冲击强度可增加20倍。天然纤维素纤维在木塑复合材料中的应用虽然较少,但目前在欧洲已被用于高附加值的汽车零部件领域。本文还介绍了银纹剪切带机制、刚性粒子增强理论、多缝开裂理论和复合力学理论等用于解释纤维增强复合材料的作用机制,这些理论均被用于解释纤维对于木塑复合材料基体的作用效果,其中后2种理论最常用于解释纤维对于复合材料强度提高的作用机制。本文同时指出,目前尚没有哪一种理论能全面揭示由于纤维加入后结构趋于复杂的木塑复合材料的力学行为。总结了纤维的添加对材料力学性能、吸湿性和热性能的影响,发现纤维的添加不仅可以提高木塑复合材料的力学强度,对于降低吸湿性和提高热稳定性也有积极效果,一些纤维的添加还可以提高基体的结晶度。本文最后提出纤维增强木塑复合材料产业化发展前景和需要解决的问题,包括进一步提高生产效率,研制纤维增强木塑复合材料专用装备,开发连续纤维增强木塑复合材料技术和开拓高性能、高附加值木塑复合材料市场。     

改性剂对木塑复合材料力学性能影响的研究

采用木材纤维,分别与PE、PS、ABS、SAN等热塑性高分子聚合物,经热压复合工艺制成木塑复合板材,通过加入不同的改性剂以及改变改性剂的加入量,研究它们对木塑复合材料力学性能的影响。结果表明:改性剂的加入能使木材纤维与各种热塑性高分子聚合物很好地胶接;改性剂不同对木塑复合材料的性能产生不同的影响;改性剂的加入量为木材纤维用量的5%时,该法制作的木塑复合板材力学性能最佳。     

北美木塑复合材市场动态

市场对木塑复合材的需求快速增长,新的生产工艺有助于推出第2代木塑复合材产品,尤其是无机物和长纤维的木塑复合材有更大的发展潜力。因此,无机物和长纤维木塑复合材预计到2010年以年均增长率为25％的速度发展。     

木塑复合缓冲包装材料发泡及其界面的研究动态

在详细论述国内外木塑复合缓冲包装材料研究进展的基础上,分析木塑复合缓冲包装材料的发泡机理、工艺条件和改善木纤维／塑料的界面相容改性的方法。指出气泡成核阶段的泡体质量控制、发泡剂复配比例、工艺条件选择、界面相容改性等是木塑复合缓冲包装材料研究中的关键问题。     

聚丙烯与木纤维的复合研究

通过检测以木纤维和聚丙烯为原料制造的木塑复合材料的抗拉强度,研究了木纤维和聚丙烯的复合性能,并分析了木纤维与聚丙烯的质量比、马来酸酐改性聚丙烯及偶联剂对复合材料抗拉强度的影响.试验结果表明,当聚丙烯与木纤维的混合比为10∶3、偶联剂加入量约为聚丙烯质量的3%～5%时,木塑复合材料的抗拉性能最佳.     

发泡木塑复合材料的研究现状及发展趋势

通过对国内外发泡木塑复合材料研究进展进行分析,系统的总结了影响发泡木塑复合材料的相关因素:发泡剂的种类和用量、界面改性方法、增强纤维的种类和添加量及加工工艺等,并提出了发泡木塑复合材料的研究趋势。     

不同改性剂对木塑复合材料性能的影响研究

采用木材纤维分别与PE、PS、ABS、SAN四种塑料制成木塑复合材料，根据物理力学性能的检测，研究了不同改性剂对木塑复合材料性能的影响。结果表明：加入改性剂能改善木材纤维与所用塑料交接性能，改性剂可以提高复合材料的力学强度；不同的改性剂对复合材料的性能产生不同的影响，异氰酸酯胶改性效果比较好。木塑复合材料既保持了木质材料原来的优良品质，又具有塑料的一些特性，其防水性、尺寸稳定性、力学强度等指标均有较大改善。图5参6。     

聚丙烯木塑复合材料的制备与研究

指出了木塑复合材料具有耐腐蚀性能好、耐低温、机械性能好、无有毒气体释放等优点,其优异的物理化学性能使其成为一代新型的环保复合材料,在生活和生产中得到广泛的应用,对于木材替代材料的发展具有重要意义。以聚丙烯为基体材料,以木质纤维作为填料,制备了聚丙烯木塑材料,采用热压成型原理制备木塑复合材料板材,并进行了力学性能、热稳定性、吸水性等性能测试。研究了木粉细度、木粉含量、聚乙烯增韧聚丙烯的配比、采用不同偶联剂LD-125、KH-550、KH-570进行改性等因素对聚丙烯木塑复合材料性能的影响。运用单因子试验和正交试验方案,探讨了聚丙烯木塑复合材料力学性能的影响因素,并优化了工艺配方的方案,对聚丙烯木塑复合材料的研究与开发具有重要的意义。     

木塑复合材料界面改性研究

木塑复合材料在资源综合利用与环境保护方面具有优势,近年来得到快速发展。但是天然纤维的强吸水性以及与塑料间的相容性问题是木塑复合材料获得较好力学性能的关键因素。针对国内外的研究现状,从纤维和塑料界面相容性着手,着重介绍了几种常用的物理和化学改性方法。     

木纤维与废旧聚苯乙烯复合挤出工艺初探

将木纤维和废旧聚苯乙烯作为研究对象,采用双螺杆-单螺杆双阶挤出成型设备来制造木塑复合材料,从而对螺杆挤出式木塑复合材料的生产工艺进行初步研究,并对其前景进行探讨。最终确定的生产工艺为:木纤维和聚苯乙烯均匀共混,配比为木纤维40%、聚苯乙烯60%;木纤维长度5 mm;偶联剂马来酸酐90 g;双螺杆挤出机各工作区域温度,30机一区140℃、二区165℃、三区180℃、四区185℃、五区190℃、六区185℃,一号模头145℃、二号模头148~149℃;机头压力9~10 Mpa。     

Improvement in compatibility and mechanical properties of modified wood fiber/polypropylene composites

To improve the interfacial compatibility between wood fibers and polypropylene and the toughness of wood-fiber/polypropylene composites, maleic anhydride grafted polypropylene (PP-g-MAH) and maleic anhydride grafted styrene-ethylene-butadiene-styrene copolymers (SEBS-g-MAH) were used as modifiers. Mechanical properties of wood-fiber/polypropylene (WF/PP) composites were improved when PP-g-MAH or SEBS-g-MAH was added. When either of these copolymers was added, the composites had better interfacial compatibility than the unmodified composite. This was verified by scanning electron microscope (SEM) observations and dynamic mechanical analysis (DMA). The mechanical properties of the composites were significantly improved because of the good interfacial bonding between wood fibers and polypropylene when PP-g-MAH and SEBS-g-MAH were added. __________ Translated from Journal of Beijing Forestry University, 2007, 29(2): 133–137 [译自: 北京林业大学学报]     

UV老化后氧化铁颜料着色木纤维-HDPE复合材料的性能变化

探讨了氧化铁颜料对木纤维．高密度聚乙烯复合材耐老化性能的改善作用。采用四种常用的氧化铁颜料与木纤维、高密度聚乙烯和其他加工助剂干混,并用自行设计的双螺杆／单螺杆双阶挤出机组制造木塑复合材料。对该木塑复合材料进行人工加速紫外循环老化处理,用CIE1976L^＊a^＊b^＊表色体系和ASTMD790标准分别对老化前后的材料进行测试,结果显示加入颜料以后木塑复合材料的抗弯弹性模量没有明显的变化,但是弯曲强度都有一定程度的提高。经过2000h人工加速紫外老化以后,不论是颜色要是力学性能都发生了明显的变化。铁红和铁黑着色的试样在整个老化过程中表现较好,颜料添加量约2．28％比较适宜。     

我国微米木纤维模压制品工业化前景与效益预测

微米木纤维模压制品是由微米木纤维木材细胞纵向劈裂而模压成型的新型高强度人造木基材料制品,具有我国自主知识产权,应用前景广阔.本文介绍了我国微米木纤维模压制品的发展现状,分析了其工业化前景并进行了效益预测,为我国木材工业提供了新的发展方向.     

微米木纤维模压制品握螺钉力理论的试验验证

介绍了微米木纤维模压制品握螺钉力计算理论,利用螺纹牙受力分布公式计算了螺纹牙受力分布百分比并计算出握螺钉力的理论值;通过握螺钉力试验测得握螺钉力实际值,将其与理论计算值进行对比,验证了微米木纤维模压制品握螺钉力理论的正确性.     

木质纤维/塑料复合材料的发展现状及应用

木质纤维/塑料复合材料是以木质纤维材料为基本体,与塑料通过不同的复合途径制成的一种新型复合材料,综合了木质纤维与塑料的性能特点,因而用途广泛.作者介绍了木质纤维/塑料复合材料的复合工艺、界面特性和改性处理以及产品的应用前景.     

二次纤维的微波强化碱预处理及其氰乙基化改性研究

对二次纤维(SF)的微波强化碱预处理及其氰乙基化反应工艺及反应产物氰乙基化二次纤维(CSF)结构、性能和热塑化机理进行探讨.结果表明,在微波辐射功率200、400和600W的作用条件下,辐射特定时间都能明显提高SF的反应程度、缩短反应时间,微波连续辐射比间歇辐射更有利于提高SF的氰乙基化反应程度;SF的氰乙基化有消晶效果,CSF的结晶度降低随着含氮量的增加而不断降低、晶面间距增大;CSF具有热塑性,可热压成形;SF氰乙基化反应程度越高,CSF的热塑性能和力学性能越好;CSF之所以具有热塑化性,与SF引入取代基团—CH2CH2 CN,纤维素的结晶结构遭到破坏而促进纤维素大分子或链段的运动有关.     

等离子体改性热塑性树脂薄膜制备环保胶合板试验

为获得无甲醛释放的环保胶合板,将热塑性树脂薄膜(低密度聚乙烯(LLDPE)、聚丙烯(PP)、聚氯乙烯(PVC))用作胶黏剂,并利用空气介质阻挡等离子体对热塑性树脂薄膜进行表面改性处理以提高薄膜与杨木单板的界面相容性,从而获得性能良好的环保胶合板。研究了等离子体处理对胶合板胶合性能的影响,并从等离子体处理对热塑性树脂薄膜表面化学组分及其对胶合板界面形貌的影响分析其胶合机理。结果表明:在等离子体处理功率为4.5 kW、处理时间为8 m/min的条件下处理热塑性树脂薄膜,胶合板的胶合强度得到显著提高,LLDPE/杨木胶合板的胶合强度从0.49 MPa增至0.81 MPa,PP/杨木胶合板的胶合强度从0.65 MPa提高到0.84 MPa,均达到Ⅱ类胶合板标准要求。其中用等离子体处理后PVC与杨木制备的胶合板能满足Ⅰ类胶合板的标准要求,胶合强度达到0.79 MPa。XPS分析表明,等离子体改性热塑性树脂薄膜的表面发生了氧化反应,引入了含氧官能团,提高了薄膜表面极性,有利于提高薄膜与杨木单板之间的相互作用,从而使得胶合板的界面胶合更为紧密,说明等离子体处理后树脂与杨木单板的相容性提高,树脂能在单板表面更好地附着。热塑性树脂薄膜与杨木单板制备的胶合板仅有极微量甲醛释放,其主要源于木材自身,远低于国家标准对人造板甲醛释放限量的要求。研究证明等离子体处理能明显改善热塑性树脂薄膜与杨木单板的界面相容性。     

新型竹木复合板的研制

将竹材加工剩余物加工成一定规格形状的竹碎料,与木纤维均匀混合,按3层结构组成板坯,经热压胶合成一种竹碎料/木纤维复合板.依据GB/T 17657-1999标准检测,该产品静曲强度达到31.5MPa,弹性模量达到3 041MPa,2h吸水厚度膨胀率为1.7%,内结合强度高达1.52MPa,表明该产品是一种具有良好性能的新型竹木复合板.     

竹塑刨花板热压工艺的研究

对竹刨花与废旧热塑性塑料共混热压工艺进行了研究,压制成一种竹塑刨花板材。分析物料配比、热压压力、热压温度、偶联剂等工艺因素对板材物理力学性能的影响。竹塑配比对板子力学性能有着重要影响,随着竹刨花含量的增加,抗弯强度有下降的趋势,竹刨花含量达到30%～40%时,其性能下降的趋势变缓,通过极差分析与方差分析优化了工艺参数。结果表明竹刨花与废旧塑料复合压制竹塑刨花板在工艺上是可行的,主要物理力学指标均达到了相关标准的要求。     

The glass transition of wood from the viewpoint of mechanical pulping

Summary Familiarity with the mechanical and thermal processes in the mechanical defibering of wood is a prerequisite for an understanding of mechanical pulping methods. The thermal softening behaviour of wood components, which can be described by glass transitions, is of particular significance. Investigations on the thermoplastic behaviour of solid wood confirm that the thermal softening of wood occurs at 115–145°C. The thermal softening behaviour is largely dependent on wood moisture but also on the nature of the wood. The results obtained permit conclusions regarding the layout of technological processes in groundwood.