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高强度塑木复合材料的研究方向

放大字体  缩小字体 发布日期:2026-01-12   浏览次数:85
核心提示:通过常规方法将热塑性塑料与木纤维结合时,木质纤维素材料的高亲水特性使其与高度疏水的热塑性塑料不相容

通过常规方法将热塑性塑料与木纤维结合时,木质纤维素材料的高亲水特性使其与高度疏水的热塑性塑料不相容。这种不相容性导致热塑性塑料和木材填料之间的界面附着力较差,复合材料的性能变差。此外,木纤维的羟基之间可以形成氢键,这会导致纤维在配混加工过程中聚集成束,并在整个非极性聚合物基质中分布不均匀。而且,木粉主要由纤维素、半纤维素、木质素和果胶构成,这使得塑木也具有高吸湿性,易导致纤维脱黏。天然纤维的高吸湿性还可能导致所得复合材料的尺寸变化并削弱界面附着力。在实际应用中可以根据用途,通过添加不同助剂进行改性,从而制备出具有不同强度性能的塑木。

有科研人员研究了滑石粉、碳酸钙、皂石、硅灰石4种无机矿物对塑木的机械性能的影响,发现4种无机矿物均可改善塑木的机械性能,滑石粉能显著改善塑木的抗拉强度,硅灰石能显著改善塑木的硬度。另有研究表明:在塑木中加入微量(7%~10%)的无机填料(如纳米黏土、滑石粉、碳酸钙等)能提高塑木的机械强度,滑石粉和纳米黏土能明显改善复合材料的拉伸模量,而碳酸钙粉体则能更好地改善抗张强度。同时,采用物理预处理及PEO(聚氧化乙烯)分散法制备了纳米纤维素(CNF)增强塑木,其弯曲强度及弹性模量均有较大提升。在CNF用量为20%的情况下,采用物理预处理法与PEO分散剂法制得的塑木,其抗弯强度较对照试样分别提高了36.2%和21.7%,弹性模量较对照样品分别提高了48.9%和34.1%,都取得了理想的增强效果,并且物理预处理的强化效果较好,是一种绿色、高效的预处理方法。纳米碳酸钙、滑石粉等无机填料不仅能有效增强复合材料的抗降解破坏和耐候性能,而且能改善复合材料的力学性能。

实现原料多样化、装备工艺专业化、产品高档化,发展高纤维含量、宽用途、高综合性能、长寿命的木塑产品是塑木今后的发展方向。以废塑料及废弃木材为原料制备塑木,既能减少环境污染,又能节省木材资源,具有良好的社会效益和经济效益,是一种很有发展潜力的复合材料。除常见的高强度、抗菌、阻燃、耐候性塑木外,还有一些特殊的功能性塑木,例如可以实现电磁屏蔽、导电、形状记忆、相变蓄热、光致变色等功能,这些具有不同功能的塑木更能有效地满足实际使用要求,研制具有更高强度、多功能的塑木,提高其综合性能是未来研究的重要方向和发展趋势。但现阶段仍有许多问题需要解决,主要包括:

1)在追求多功能的同时忽略了部分塑料助剂有毒的问题,例如阻燃剂、全氟和多氟化合物、邻苯二甲酸酯、双酚A和壬基苯酚等,会对人体健康产生不良影响。

2)多功能塑木在现阶段还较难实现,加入的不同助剂会对材料产生复杂的协同或拮抗作用,很难同时实现所需要的所有功能。

3)对耐候性塑木的老化机制及规律尚未形成统一理论,缺乏对塑木老化行为及寿命预测相关方面的理论研究。

4)在实际应用中,温度和湿度环境变化复杂,会有不同的菌种产生,利用抗菌性塑木对每种菌进行针对性消灭还难以实现。

综上,现阶段对功能性木塑复合材料的研究还需不断探索,包括寻找和应用绿色助剂,进一步研究不同助剂同时用于塑木的协同作用机理、耐候性塑木老化机制等。




 
 
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