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木质纤维热稳定性的研究 1 前 言 1.1 引言 木质纤维是自然界中最丰富的天然高分子材料，其生长总量高达千亿吨，远 远超过了地球上现存石油的总储量。在自然资源日渐缺乏的今天，充分利用植物 纤维资源的潜力，发挥它独特的功能和特性，开发它新的应用领域，是当今引人 注目的研究热点。 木质纤维品种繁多，包括各种木材废料（如下脚料、肥料、枝桠、锯屑）、 [1] 农业稻草纤维（如稻糠、稻草、秸秆、果壳粉）等 。这类纤维在我国广大农村 储量丰富，其利用水平目前还很低，故而价格低廉，再加上其密度比所有无机纤 维都小，其模量和拉伸强度与无机纤维相近，植物纤维复合材料加工时耗能少， 对加工设备的损耗小，有利于节约能源，尤其是它具备生物降解性和可再生性的 突出优点，这些是其他任何增强材料无法比拟的，并且随着农村生活水平的日益 提高，过去被大量作为农村烧柴的农业植物纤维已逐渐被液化气、煤气等清洁能 源所代替，除少量农业植物纤维被用于生产饲料及经济作物之外，多数被焚烧处 理，这不仅造成自然资源的严重浪费，而对农村及周边城市的环境造成巨大损害。 可见，开发植物纤维尤其是农业植物纤维作为增强材料在环境保护与资源保护方 面均有重要意义。 木质纤维复合材料是泛指由合成树脂和各种天然纤维复合而得到的一 种新型复合材料，它兼具塑料和天然纤维的双重特性。近年来，对天然纤 维作为填充材料的研究非常活跃。天然纤维资源丰富，价格低廉，作为填 充材料具有明显的成本优势；它的密度比所有无机纤维都小，而模量和拉 伸强度与无机纤维相近，若填充比例适当，不至于引起复合材料整体综合 性能的明显下降；由天然纤维复合材料生产的装饰建筑材料具有优良的隔 热、保暖和隔音效果；它最为突出的优点是具有生物降解性和可再生性， 并且可以与回收废旧塑料复合，得到性能较优异的实用制品，这在环境问 题日益突出、白色污染困绕人类的今天，对于我国环境和资源保护、经济 建设的可持续发展等各个方面都具有极其重要的意义。 1.2 植物纤维复合材料的研究历史及现状 利用植物纤维与合成树脂进行复合的研究已经有较长的历史。最初研究的木 纤维是以粉状的形式，被用作填料加到热固性塑料中的。这一阶段由于高分子科 学的发展水平及技术手段的限制，应用最多的是韧皮类纤维，如亚麻、黄麻等， 第 1 页 共 34 页 木质纤维热稳定性的研究 树脂也多为热固性塑料，如酚醛树脂、不饱和聚酯等。其工艺也较为简单，其中 最为成功的应用是木质纤维增强酚醛树脂注射成型，木粉用作酚醛树脂的填料以 制作塑料粉，用以生产灯头、开关等电器元件，1970年得到了商业化的产品。 80 年代以后，人们开始着手于对植物纤维/热塑性树脂（简称 PFRTP）复合 材料进行研究，这方面尤以印度、日本、欧美等国最为活跃，他们中的许多学者 用木纤维对聚烯烃的增强作了初步尝试，选用不同的植物纤维对热塑性塑料（PE、 [2] PP等）增强，效果较明显 。其中木粉用作聚丙烯和聚乙烯的填料，近年来获得 较大的进展，但对 PVC的填充发展较晚。许多学者对聚丙烯和木纤维复合材料作 了大量的研究，尝试用偶联剂、分散剂等其他方法来改善聚丙烯和木纤维的相容 性，得到了较好的实验结果。 人们在研究中采用了各种物理和化学改性的方法以期改善植物纤维在复合 体系中的复合性能，核心是解决纤维与树脂的相容性。 采用的物理方法主要有： （1）拉伸、压延、热处理等，用以改变纤维的结构和表面性质，以有利于 复合过程中纤维的机械交联作用。 （2）放电技术，包括电晕、低温等离子体、辐射等方法。电晕处理技术可 以大量激活纤维表面的去醛基，改变植物纤维的表面能量；低温等离子体技术， 依据所用气体的不同，可以进行系列化的纤维表面处理，使纤维表面产生自由基 和官能团；放电方法也是对惰性高分子聚合物如 PS、PE、PP 等改性的行之有效 的方法。 化学改性方法主要有： （1） 偶联剂法，如采用硅烷、异氰酸酯等偶联剂处理纤维，改善植物纤维与树 脂的相容性； （2） 相容性法，如用马来酸酐等接枝植物纤维或马来酸酐改性的聚烯烃树脂作 相容剂