植物纤维高分子复合仿木产品
植物纤维高分子复合材料制备过程
2017年 ， 中国人造板材产量超过3亿立方米 ， 其中60%的原材料依赖进口 。 与此同时 ， 各类秸秆可收集量超过8亿吨 ， 其中只有极少部分得到有效再利用 。 研发植物纤维高分子复合材料 ， 就是为了从根本上解决木材产需之间的矛盾 。
“像木材一样可钉可铆 ， 点燃10秒后离火自灭 ， 不会翘曲也不发生霉变 ， 而且价格比普通木材还要低……”近期 ， 中科院宁波材料所研究员朱锦将草本植物纤维与塑料树脂结合 ， 研制出了一种新型的仿木材料——植物纤维高分子复合材料 ， 并且其对水火还具有“免疫”属性 。
“以往的原木或仿木材料 ， 在性能优势上往往顾此失彼 ， 且离不开对木材的消耗 。 ”朱锦告诉科技日报采访人员 ， 这一材料的研制及相关技术的突破 ， 将减少人类对木材的依赖 ， 促进木材的可持续发展 。 目前 ， 研究团队通过与一家山东科企合作 ， 已能制备出植物纤维填充量高达80%的植物纤维高分子复合材料 。
微观设计再现“古式纤维复合”
纤维沿着生长方向排列 ， 形成了天然木材的各向异性——木材受压时 ， 每个细胞都相当于一根管柱 ， 在横纹、顺纹两种情况下会表现出不同的抗压能力 ， 导致木材便于加工的同时也容易翘曲 。 “但我们所研制的复合材料因为拥有高含量且不规则的植物纤维 ， 可保证材料在横纹、顺纹方向下都具有均匀的抗压性能 ， 这使得复合材料不会翘曲 ， 并且植物纤维高分子复合材料密度低 ， 可锯、可铆、可钉、可刨 ， 加工十分灵活 。 ”朱锦说 。
“纤维复合材料的历史可追溯至古代 。 古人将稻草或麦秸混入粘土增加粘土强度用以建造房屋 ， 就是一种纤维复合材料的利用 。 ”朱锦表示 ， 由于秸秆难于收集处理 ， 且易腐、易燃、易吸水 ， 在现代复合材料中很难见到它们的身影 。
但朱锦等人研制的植物纤维高分子复合材料 ， 却用到了古人所用的秸秆 。 可制作这种材料仍需要解决几个问题 。
首先 ， 让高含量的植物纤维与塑料树脂进行充分共混 ， 需要具有强力共混搅拌扭矩的硬件设备 。 “以往的木塑复合材料 ， 以木粉作填充 ， 填充量低于60% 。 而我们与山东科企合作研制的高速共混机 ， 可通过其极强的共混搅拌扭矩 ， 让高含量的植物纤维与塑料树脂进行充分共混 ， 让微植物纤维填充量达80% 。 ”朱锦解释道 ， 这令它在复合材料中起到类似钢筋混凝土中“钢筋”的作用 ， 让成品的力学性能远高于市场上的木塑复合材料 。
其次 ， 由于植物纤维具有较强的亲水性 ， 其与疏水的高分子树脂之间相容性很差 ， 会导制复合材料表现出很大的脆性 。 对此 ， 朱锦表示 ， 团队优选了合适的相容助剂 ， 改善亲水植物纤维与疏水性高分子树脂之间的相容性 ， 提高两者在微观层面的结合力 ， 让植物纤维高分子复合材料具有了高强度、高模量 。
最后还有个难点 。 植物纤维含量一旦提高 ， 植物纤维高分子复合材料的熔体粘度（在一定温度下熔体流动性能的好坏 ， 粘度越大 ， 熔体流动性越差）也会相应增加 ， 会使得材料在注塑过程中流动性变差 ， 甚至无法充满模腔 ， 最终获得的制件表面容易形成各式缺陷 。 为此 ， 朱锦团队采用“内润滑”加“外润滑”的复配润滑剂体系 ， 降低了熔体的内部粘度 ， 减小了熔体与设备之间的摩擦 。
独家配方增强仿木“体质”
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