竹塑复合材料的研究现状与发展趋势(2)

对竹粉与聚己内酯复合的研究显示：采用铝酸酯偶联剂改性竹粉，有助于提高复合材料的加工性能。又有研究提出聚己内酯/竹纤维复合材料的优化工艺参数为：铝酸酯偶联剂质量分数1.5%、改性温度95℃、搅拌速度800r/min，模压温度115.9~144.1℃、压力27.2~32.8MPa、成型时间7.6~9.1min，复合材料具有较好的弯曲强度、防水性能和生物降解性能。

对竹粉/高密度聚乙烯复合材料的研究表明，在材料的混合过程中，加入适量经三聚氰胺改性处理的纳米陶土，能大幅提高复合材料的拉伸强度、冲击强度和弯曲性能，同时改善复合材料的耐水性能。

2）成型工艺

利用竹纤维编制板、玻璃纤维及不饱和聚酯树脂，通过层压复合工艺，制备出的竹塑复合材料具有轻质高强、耐腐蚀及环境适应性好等特点。该竹塑复合板材经过切割、胶铆混合链接等加工，可制成军用包装箱，有效解决木质包装箱易遭锈蚀、虫蛀、鼠咬等问题，改善包装箱的耐水性、防潮性，提高包装箱的综合防护效果和环境适应能力。

采用模压成型工艺制造竹塑复合材料，当工艺参数设置为：竹塑配比5：更多内容请访问久久建筑网
5、板坯密度0.9g/cm3、热压温度170℃、热压时间10min时，复合材料的物理力学性能指标值为;静曲强度36MPa，内结合强度2.0MPa，吸水厚度膨胀率0.7%，达到或优于GB/T18102-2007《浸渍纸层压木质地板》的要求，可用作地板基材。

以竹材加工边角废料、小径竹、丛生竹资源为利用对象，以竹纤维为增强相的生物可降解高分子复合材料静曲强度达到50MPa，24小时吸水厚度膨胀率在5%以下，在可控堆肥降解条件下高分子降解率达70%以上。

3.3生产设备

竹塑复合材料的成型设备主要为双螺杆挤出机，有平行双螺杆和锥形双螺杆两种，确保纤维停留时间短，防止物料断裂和焦化。其中，锥形双螺杆机为非组合式螺杆，是低速、低能耗型设备；美国生产出改良型行星锟轮双螺旋挤出机，温控精确，熔融温度较低，适合热敏性复合材料的加工。

北京工业大学研制出串联式磨盘螺杆挤出机，具有广泛工艺适应性，特别适用于高填充货高黏度复合材料的共混改性，其破碎、混合、混炼性能，优于其它传统的混炼装置。

4竹塑增强复合材料的关键技术

4.1关键加工技术

1）原料处理

竹材的种类和塑料基体的新旧，影响制品的吸水性能和抗冻融性能。有研究表明,①吸水膨胀性：杂竹/回收聚乙烯复合材料最差，楠竹/新PE复合材料次之，楠竹/回收PE复合材料最优；②抗冻融性能：楠竹/新PE复合材料明显优于楠竹/回收PE复合材料与杂竹/回收PE复合材料；③抗弯/抗断裂性能从优到劣排列依次为：新楠竹/新PE、楠竹/回收PE、杂竹/回收PE。

以废旧塑料和竹材加工剩余物位原料时，废旧需经过除尘、分选除杂、干燥、粉碎等加工；竹材加工剩余物亦需分类除杂，并干燥至含水率＜2%，加工成粒度80目左右的竹粉。竹材还可以离解加工浆料纤维，经改性处理后与热熔性塑料融合。

为了增强塑料与竹纤维之间的相容性，生产上多对竹纤维进行改性处理。参考木纤维的改性方法，目前主要采用偶联和接枝的化学改性方法。常用的偶联剂有硅烷、钛酸酯、异氰酸酯和硬脂酸等，可以改善纤维与聚合物之间的相容性，工艺简单，适合于工业生产。

2)混合塑炼

生产竹塑复合材料时,竹粉用量在20%~40%时,混合熔体的流动性能可满足成型加工的要求[10]。混炼和造粒在机筒内进行,温度135~150℃[11],借助加热和螺杆转动剪切,使混料充分热熔、混炼,完全塑化。是否需要造粒工序,应根据设备而定。如果设备混炼效果比较理想,可直接挤出成型。各助剂的加入量约2%,既可保证有挤出流动性,又能有效提高制品性能。研究与生产实践表明,加入润滑剂可改善熔体的流动性,提高挤出速度和生产效率,降低制品吸水率,改善挤出制品的外观质量[12]。

3)挤出成型

复合材料可通过模压、挤出、注塑等方式成型,挤出成型工艺因技术成熟而广泛应用。如果使用双进料口同向啮合双螺杆挤出机,则先将基体塑料放入第一个进料口,再将处理后的填料和助剂放入第二个进料口,与已经熔融的基体混合。当啮合角为45°时,挤出机输送能力高,挤出制品的拉伸强度和拉伸模量亦增强。通过正位移输送物料,压力回流小,容易加料,物料的混合、塑化效果好[13]。机头温度对于复合材料的挤出成型非常关键,通常较机筒略低,为125~135℃[11]。降低挤出温度和提高机头压力,可分别降低成本和提高制品质量[14] 。

4.2存在问题

1）竹纤维与热塑性塑料的界面相容性有待改善。竹纤维因表面化学极性而具有极强的吸水性，而热塑性塑料多为非极性，具有疏水性，使得两种材料间的界面润湿性和粘合性极差，可通过纤维表面改性处理解决。

2）纤维在集体塑料中的分散性有待提高。干燥的单纤维之间易絮聚成团，导致纤维的分散均匀性和复合体系的流动性较差，影响复合材料的性能。

3）偶联剂用量的合理选用。偶联剂的使用量太少，起不到有效改变界面相容性的效果；反之，偶联剂分子层造成界面隔层，又会降低复合材料的物理力学性能。对于异氰酸酯和钛酸酯，每100g树脂加入1ml时，复合材料的综合性能较佳；过量的偶联剂在高温下易与物料发生化学反应，导致体系的黏度增大，流动性变差，加工能耗和成本增加。