塑木復(fù)合材料（WPC）是通過聚合物、木粉 和助劑在高溫下混煉擠出、注塑或熱壓成型的綠 色復(fù)合材料。木粉天然的親水性，與聚合物 樹脂的疏水性導(dǎo)致兩相界面結(jié)合性不佳，通常 需添加偶聯(lián)劑或化學(xué)改性改善木粉/基體的相容性。因傳統(tǒng)塑木復(fù)合材料始終無法實(shí)現(xiàn)木業(yè) 加工剩余物的高值化利用，產(chǎn)品強(qiáng)韌性、穩(wěn)定性欠佳，行業(yè)發(fā)展逐漸進(jìn)入瓶頸期，轉(zhuǎn)型升級(jí)迫 在眉睫。于是將木質(zhì)纖維解纖成微納米級(jí)別，通過尺寸降維及組分界面結(jié)合強(qiáng)化改性聚合物，有望實(shí)現(xiàn)新型塑木復(fù)合材料的性能升級(jí)。
進(jìn)年來利用微納米纖維（MNF）增強(qiáng)聚合物的相關(guān)研究不斷展開，主要存在以下問題：化學(xué)法解纖污染環(huán)境，MNF干燥后易團(tuán)聚，MNF 在聚合物基體中分散不均，復(fù)合材料強(qiáng)韌性欠佳等。此外，MNF因比表面積大、堆積密度低難以與塑料混合均勻，易堵塞機(jī)器，且易飄到空中造成粉塵污染；MNF填充量過高會(huì)提高復(fù)合材料熔體黏度，增加加工難度，阻礙了MNF作為增強(qiáng)材料在各種復(fù)合材料中的工業(yè)化應(yīng)用。現(xiàn)有一些相關(guān)研究通過將微納纖維與塑料、助劑分散在溶液中共混進(jìn)行擠出來解決上述問題。例如，用雙螺桿擠出機(jī)將濕紙漿/聚合物混合物直接熔融擠出，在添加偶聯(lián)劑的情況下，復(fù)合材料的力學(xué)性能得到改善。將納米纖維（CNF）用水與丙酮的混合溶液稀釋后泵送進(jìn)擠出機(jī)，與PLA復(fù)合制得納米復(fù)合材料，還驗(yàn)證了濕進(jìn)料可以促使CNC（10wt%）在PLA基體中較好的分散。事實(shí)證明，濕進(jìn)料擠出是一種切實(shí)可行的復(fù)合材料制備工藝。至今，有研究嘗試在聚合物中填充兩種或多種增強(qiáng)填料，以制備性能更優(yōu)異的混雜增強(qiáng)材料。有將玻璃纖維、木粉、LDPE混合并壓制成型與填料含量相等的WPC相比，引入玻璃纖維的復(fù)合材料在耐水性能、模量、強(qiáng)度等方面均有所提升。另將椰子纖維、玄武巖纖維和木粉以不同的配比進(jìn)行混合以增強(qiáng)PE，兩種纖維與木粉混合都使PE的力學(xué)性能明顯提升。比起添加單一的顆粒狀填充物，在添加適量纖維的情況下，纖維與聚合物可形成更加牢固的雙連續(xù)相結(jié)構(gòu)，進(jìn)一步提升復(fù)合材料的強(qiáng)度與穩(wěn)定性。
目前,有研究采用綠色機(jī)械解纖技術(shù)制備MNF；與HDPE復(fù)合制備改性粒料時(shí)采用濕法進(jìn)料擠出，取消了MNF干燥的步驟，同時(shí)避免了粉塵 污染；其中水分不僅可以起到增塑的作用，還可在螺桿混煉時(shí)促進(jìn)纖維進(jìn)一步解纖，以改善維在聚合物中的分散性。進(jìn)一步利用該MNF/HDPE改性粒料作為基體，與木粉、偶聯(lián) 劑共混擠出、注塑制備了一種新型塑木復(fù)合材料。并對(duì)其微觀形貌、力學(xué)性能、熱膨脹性、抗蠕變 性、動(dòng)態(tài)力學(xué)性能、耐水性能進(jìn)行了表征。其結(jié)果新型塑木在高強(qiáng)工程材料、高值化車體材料、高端建材等領(lǐng)域具有良好的應(yīng)用前景。后續(xù)研究可以通過木質(zhì)纖維表面改性或改善成型工藝進(jìn)一步提高三相間的界面相容性，提升復(fù)合材料的強(qiáng)韌性、穩(wěn)定性和耐水性。
來源:摘編自《微納米纖維改性聚乙烯粒料用于制備新型木塑復(fù) 合材料的研究 》洪啟燁等
