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专题论述

生物质木塑复合材料特点及研究方向

发布时间:2020/12/18 13:53:27 来源:工程塑料应用

生物质木塑复合材料(Biomass Wood-Plastic Composites)是近年来兴起发展的一类新型环保复合材料,是以木纤维或天然植物纤维为增强相,热塑性塑料为基体,进行熔融复合,采用热压、挤出、注射等成型加工方式而制成的一种复合材料。

生物质木塑复合材料的原料主要有生物质纤维原料、热塑性原料、偶联剂及其他助剂。生物质木塑复合材料中最常用的生物质纤维原料是木材,秸秆等农作物纤维也占有一定比例。热塑性塑料主要是原生和回收的聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)、聚氯乙烯(PVC)。偶联剂能改善填料和高分子材料之间的界面特性,提高界面的黏合性,从而提高复合材料的性能。其他助剂主要有光稳定剂、颜料、润滑剂、防腐剂、抗氧化剂等,用来改善加工性能和实用性能。

生物质木塑复合材料的性能特点

良好的加工性能

生物质木塑复合材料内含塑料和木质纤维,将塑料的柔性和木材的刚性结合到一起,具有同木材相类似的加工性能,加工过程一次成型,减少废料的产生,利用率高,其力学性能明显优于木质材料。

良好的力学性能

木纤维具有刚性,在一定范围内纤维含量的增加可以提高复合材料的弯曲性能,使产品不易变形、开裂,耐用性明显高于普通木质材料。制品表面硬度高,一般是木材的2~5 倍。

良好的耐水、耐腐蚀性能,使用寿命长

生物质木塑复合材料具有比木材小得多的吸湿性,而且不易变形,抗菌,质轻,耐酸碱。生物质木塑复合材料的稳定性、耐用性,尤其是抗微生物降解能力都优于木材。

优良的可调整性能

塑料可以在其他助剂作用下发生聚合、发泡、固化、改性等改变,从而改变生物质木塑复合材料的密度、强度等特性,还可提高抗紫外线、抗老化、防静电、阻燃等特殊性能。

原料来源广泛

木质纤维可采用废木料、木材加工剩余物、农作物秸秆等,资源广泛。

使用环保

生物质木塑复合材料的木粉和塑料及其常用助剂均属于绿色环保类型,其生产加工过程中无“三废”产生,使用过程中无任何有害物质产生,材料废弃后仍然可以很大程度地回收利用。

研究方向

生物质木塑复合材料主要有以下几个研究方向:

①木质纤维的选择及添加比例。

不同木质纤维与热塑性基体混合,所得到的材料性能明显不同,同种纤维添加比例不同,所得到的材料性能也有明显差异。木质纤维正在向其他植物纤维材料发展,比如各种麻类、秸秆麦草、蔗渣等。木质纤维的另一重要来源是各种植物纤维废弃物,比如废旧木材、废纸、废纺织品等。不同种类的植物纤维所含成分不同,在材料合成时需要调节配方的组成。

②混合塑料的应用和研究。

各种基体塑料混合在一起,由于其组分不同,所以熔融温度也不同,相容性也很差,这往往会造成产品的力学性能下降。随着塑料制品的增加,产生的塑料废弃物也在逐年上升,中国的塑料回收和分类工作都不太完善,因此混合塑料的研究显得尤为重要。

③偶联剂的研究和应用。

木质纤维与塑料的界面相容性很差,需要添加偶联剂对材料进行改性。常用的偶联剂主要有马来酸化聚烯烃偶联剂、有机硅烷偶联剂和其他偶联剂三大类,对于改善塑料和木质纤维之间的界面相容性具有极其重要的作用,但是偶联剂的价格较高,限制了其在木塑生产中的大量使用,偶联剂的添加量通常为木质纤维质量的1%~8%,因此,需要开发廉价高效的偶联剂。

④功能性生物质木塑复合材料的研发。

近年来,研究者们致力于通过功能化改性来改善生物质木塑复合材料的阻燃抑烟、耐老化、耐候和抗菌性能。

⑤生物质木塑复合材料的表面修饰。

生物质木塑复合材料主要用于建筑装饰,对于产品外观的要求较高,砂光、拉丝和轧花技术是聚烯烃基生物质木塑复合材料常用的修饰手段,除此之外还有涂饰技术、贴面装饰技术、仿木纹技术。




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