为了解决快递包装袋、一次性餐具以及塑料袋等石油基塑料制品大规模使用所带来的“白色污染”等环境问题,本课题组提出利用淀粉作为基体,植物纤维作为增强体制备的具有开放式泡孔结构的可全降解生物质材料。但目前生物质产品存在基体与材料性能之间关系不明、防水性能较差以及产品制备效率低等一系列问题。基于此,本文开展了以下研究:为了研究生物质材料基体与复合材料性能之间的联系,本文选用了四种天然淀粉(玉米淀粉(CS)、小麦淀粉(WS)、红薯淀粉(SPS)、马铃薯淀粉(PS))作为基体制备生物质复合材料,并首次建立了淀粉结晶度-浆料流变性-复合材料性能的关联模型。研究发现以不同淀粉作为基体制备的生物质复合材料的性能具有较大差异,但会呈现一定的规律,抗拉强度和抗压强度从高到低的顺序为:SPS基>CS基>PS基>WS基复合材料。原因在于不同淀粉的结晶度不同,结晶度越小,对应的非晶区就会越大,从而非晶区中可游离的淀粉支链就会越多,这就会造成淀粉的粘度变小,流变性能提高,从而使得淀粉和纤维能够更好地结合,形成更加稳定的结构。通过流变性的测试也可证明这一点,四种淀粉浆料的粘度测试呈现与复合材料力学性能对应的规律:WS>PS>CS>SPS。淀粉基体与复合材料性能的关联模型,会给淀粉基复合材料的制备指明方向,减少试错的时间。为了提升生物质材料的防水性能,解决生物质材料因防水性能较差所带来的一系列普遍存在的性能问题。本文通过水接触角、水滴吸收时间以及恒湿环境下的性能损失等指标研究了防水添加剂聚甲基三乙氧基硅烷(PTS)对复合材料防水性能的影响。并且从微孔结构、疏水基团、分子搭接方式等方面对其影响机理进行了探究。研究发现PTS的加入使得复合材料的表面形成一层含有Si-O-Si,Si-OH等疏水基团的疏水膜,这层疏水膜会阻止水分子渗透到材料内部。由于PTS是液体,随着它的加入会使浆料的流变性能得到提升,从而使得浆料内部更容易相互结合,在模具内部流动性变强,但是随着加入量的增多,浆料浓度会下降,所以会使得最终制备的复合材料的微观泡孔先致密后松散。当PTS的加入量为15g时,复合材料的泡孔最为致密,其力学性能与防水性能最优,满足复合材料的防水使用要求。为了满足生物质材料市场化应用的要求,对现有的产品制备装备提出了新的要求和挑战。为了提升生物质产品流水线的生产效率,以现有的底部加热模具为基础优化设计了离线预热、冷却装置,用于流水线生产之前的材料预热。将原来的顶部加热模具改为在模具四周加热,并且加入水冷却系统来实现快速升降温,在通过结构设计改变换模方式来提升换模效率。并利用Comsol软件对优化后的模具进行瞬态的固体传热仿真分析,发现在加热过程中,优化设计后的模具能够在5min达到所热压需要的温度,且整个模具温度场分布均匀;降温仿真过程中,上下模分别能够在10.5min,9min降温到可以用手碰触的温度(47℃左右),满足安全生产的要求。经过仿真分析,整个模具的优化设计完全可以达到快速换模,快速升、降温的使用要求。本文研究了淀粉基体对生物质材料性能的影响,并对其深层机理进行探究,最终建立了淀粉结晶度-浆料粘度-复合材料性能的关联模型,为今后的研究打下理论基础;本文提出了生物质复合材料防水性能的提升方法,并且制备出具有开放式泡孔结构的优良防水性能的复合材料,为该种生物质材料的市场化应用打下良好的基础和技术支持;本文创新优化了热压模具的新型功能,提出了一种快速升降温的新型模具设计方案并进行固体传热仿真分析,为淀粉基复合材料的大规模生产提供设备支持。