木质纤维作为一种天然的生物质材料广泛用于木塑复合材料中的增强材料。然而,木质纤维的强亲水能力是影响其与塑料基体界面相容性的一个重要因素,使其制约了木塑复合材料的发展。木质纤维干燥质量的好坏及分散性直接影响木塑复合材料力学性能,纤维含水率过高或过低都会影响木塑复合材料的力学性能,目前还没有针对木塑复合材料用的木质纤维干燥方法,现有滚筒干燥、气流干燥等干燥设备能耗大、效率低、纤维分散差。针对以上亟待解决的技术问题,本研究重点针对木塑复合材料用木纤维干燥设备及工艺进行系统研究,设计和开发了一套木塑复合材料纤维干燥用的脉冲-旋流气流干燥装置,重点探讨木质纤维的干燥工艺条件对木质纤维的形貌和性能的影响,并使用流体力学软件Fluent软件,数值模拟了木质纤维在干燥过程中的运动规律。此外,本研究还就干燥工艺条件对木塑复合材料力学性能、吸湿解吸特性等的影响进行了研究,以期改善纤维在塑料熔体中的分散和流动性以及二者之间的相容性,增强其界面结合强度,旨在构建和完善先进的木纤维干燥技术、以及木质纤维高温热改性体系,为木质资源的大规模高效利用和WPC产品性能最优化以及生物质-聚合物复合材料及其下游产品的整个产业链提供理论基础和技术支撑。主要内容研究及结论如下:(1)借鉴医药和食品行业的干燥方式,设计了木质纤维脉冲-旋流气流干燥装置,介质温度160～240℃,进料速度90～150kg/h,进风速度9m/s～13m/s,通过对干燥过程工艺参数的控制及干燥效果的评价,探讨了木质纤维脉冲-旋流气流干燥装置及干燥工艺的可行性。结果表明,脉冲-旋流气流干燥的木质纤维分散性好,干燥纤维的终含水率均匀性好,变异系数为0.0798,干燥的木质纤维能够较好地满足木塑复合材料用纤维制备的要求。(2)通过脉冲-旋流气流干燥装置对木质纤维干燥特性的研究,采取正交试验和单因素试验方法,揭示了木质纤维脉冲-旋流气流高温干燥影响机制。结果表明,处理温度在200～240℃范围内,气流速度11m/s,进料速度90kg/h,可以有效控制木纤维的终含水率。随着初含水率的增加,可以通过降低气流速度和进料速度等工艺参数合理调控;进料速度及气流速度越大,终含水率呈现上升趋势,降水率呈下降趋势;随着气流温度的升高,终含水率呈下降趋势,降水率增加;纤维几何形态越大,在干燥装置内的停留时间有所延长、降水率呈增加趋势。木纤维高温干燥过程的同时也是对木纤维进行高温改性的过程,通过对木纤维进行高温改性有利于改善木纤维与塑料基体的界面相容性,提高木塑复合材料力学性能和热稳定性。结果表明,通过FTIR谱图分析,经过脉冲-旋流气流干燥的杨木纤维羟基和羰基吸收峰强度变化明显,其中温度越高、风速越低、纤维几何形态越大,杨木纤维羟基和羰基吸收峰强度变化越明显。高温干燥工艺条件对木纤维相对结晶度影响明显,当干燥温度为160℃、200℃、240℃时,干燥后的木纤维相对结晶度为50.79%、66.18%和60.92%,其中200℃干燥温度条件的木纤维相对结晶度与未经过高温干燥的木纤维相比提高了 25.42%,随着风速和进料速度的提高,木纤维相对结晶度呈先增大后减小趋势。高温干燥处理提高了纤维热始解温度,经过160℃、200℃、240℃高温处理的纤维热始解温度相对未处理的纤维分别提高了 10.6℃、12℃、17.3℃,提高了木质纤维热稳定性。在高温或高湿度环境下,木纤维综纤维素降低,酸度增大。(3)通过对脉冲-旋流气流干燥气固两相流分析及数值模拟的研究,采用欧拉-拉格朗日模型和计算流体力学软件Fluent对脉冲-旋流气流干燥机内部的气固两相流场进行了三维模拟,揭示脉冲-旋流气流干燥木质纤维的机理和传热传质特性。结果表明,加载物料后的气流速度变化明显,并且物料与气流速度有2m/s左右的速度差,有利于传热传质进行。气流速度越大,物料停留时间越短,进料速度的增加在旋流干燥器底部形成一个回流区,易造成物料的返流,并增加了物料在干燥机停留时间。通过对计算出的温度、速度、时间的曲线与实测值进行对比,二者最大相对误差小于10%,验证了 fluent气-固两相流模拟方法建立的脉冲-旋流气流干燥过程的数学模型是有效的。(4)通过脉冲-旋流气流干燥工艺条件对木塑复合材料性能影响的研究,分别考察了木纤维不同干燥方法、不同偶联剂对木塑复合材料性能的影响,揭示了木质纤维的脉冲-旋流气流高温干燥对木塑复合材料性能的改性机理。结果表明,脉冲-旋流高温热处理/A187硅烷偶联剂复合改性后的木质纤维与高密度聚乙烯聚合成的木塑复合材料力学性能最好,与单独A187偶联剂改性的木塑复合材料相比,弯曲强度提高了 24.4%、弹性模量提高了 29.4%、拉伸强度提高了 23.8%、冲击强度提高了 35.6%。随着高温热处理温度的升高,冲击强度、弯曲强度和弹性模量先增大后减小趋势。风速超过10m/s,力学性能均高于对比样。干燥机以13m/s风速运行时,纤维在空气中停留时间短,力学性能反而下降。通过动态热机械实验分析表明,220℃温度条件下的脉冲-旋流高温热处理/A187硅烷偶联剂复合改性制备的木塑复合材料显示最高的储能模量和损耗模量,复合改性后的木纤维与塑料的界面结合能力更强。吸湿特性分析表明,随着热处理温度的增加,水分吸着等温线呈“S”形曲线上升趋势,沿吸湿和解吸方向达到的平衡含水率均下降。通过静态接触角测试表明,经过高温热处理的木塑复合材料的静态接触角提高,很好地揭示了通过高温改性后的木塑复合材料疏水性。通过微观形貌观察,经过高温处理的木质纤维在塑料基体中分散性和包裹性更好。木质纤维脉冲-旋流气流干燥方法作为一种高温快速干燥并伴随热改性的方法对于提高或改善木塑复合材料的性能具有实践意义和广泛的应用前景。