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生物质纤维/塑料复合材料(Bio-fiber Plastic Composites, BPC)即木塑复合材料,是一种绿色环保复合材料。它可以综合利用废弃的林业下脚料、农作物副产品和废旧塑料,不但成本低廉,还可减轻这些废弃物对环境的污染,节约资源,有利于可持续发展。BPC产品具有类似木材的外观和性能,可在一定场合替代木材的使用,从而降低砍伐森林的压力,而且产品可用多种方式加工,赋予其木材所不具有的形状和功能,因此具有比木材更广阔的应用范围。但是,BPC也具有它本身的一些弱点,如生物质具有多样性,原料性能不稳定,导致产品质量容易出现波动,不利于对产品质量的控制;纤维与塑料相容性不好,物料流动性差,在加工过程中易出现烧焦现象;材料耐老化性能有待改善等等。针对BPC复合材料存在的上述问题,本论文进行了相应的研究。本论文首先从不同生物质纤维本身物化性质的差异入手,对比分析了木粉(Wood Flour,WF)、竹粉(Bamboo Flour,BF)和稻糠(Rice Husk,RH)三种生物质纤维在微观形貌、组成和表面能方面的差异,发现竹粉的长径比最大,纤维素含量最高,表面能最大。在1#木粉、2#木粉、竹粉和稻糠增强的PP基复合材料中,竹粉/PP复合材料的力学性能最好,其次是1#木粉/PP,2#木粉/PP次之,稻糠/PP较差。生物质纤维中水分含量会影响复合材料的加工性能,但一定含量水分的存在,有利于提高复合材料的冲击强度。随着纤维含量的增大,复合材料的熔体流动指数MFI下降。复合材料表观粘度均比纯聚丙烯的表观粘度大,各复合材料表观粘度从大到小分别为1#木粉/PP、竹粉/PP、2#木粉/PP、稻糠/PP,表明1#木粉/PP复合材料流动性最差,稻糠/PP复合材料流动性最好。对比2#木粉粒径变化对复合材料流动性能的影响,发现木粉粒径为40目时,复合材料的表观粘度较高;随着粒径的减小,材料的非牛顿指数逐渐下降。聚丙烯接枝马来酸酐(MPP)和聚烯烃弹性体接枝马来酸酐(MPOE)均可改善生物质纤维与PP的相容性,提高复合材料的力学性能。不同牌号的PP基体中加入木粉后,其拉伸、弯曲强度和弯曲模量都有提高,其中弯曲强度和弯曲模量提高比较明显,但冲击强度都下降到一个较低的水平。加入增韧剂苯乙烯-乙烯-丁二烯-苯乙烯共聚物(SEBS)后复合材料的冲击强度有明显提高。DSC分析表明,纤维可促进PP的异相成核,提高PP的结晶温度。在2#木粉/PP、竹粉/PP和稻糠/PP复合材料中,竹粉/PP的耐热氧老化性能最好。120℃热氧老化时,复合材料的颜色会变黄,黄化的程度基本上与性能下降的程度是一致的,说明热氧老化使复合材料的结构发生变化,并产生了黄素物质。加入防老剂1010可有效提高复合材料的耐热氧老化效果。纯PP和生物质纤维/PP复合材料在紫外辐照一段时间后表面均出现粉化和褪色现象。红外光谱分析表明,PP在紫外辐照后被氧化,产生羰基、醛基、羟基等官能团。复合材料在辐照后也出现了羰基官能团,甚至还可能出现了C=C双键。木质素在紫外辐照后受到破坏,并产生羰基类发色基团而导致木质素黄化。微晶纤维素在200h的紫外辐照下其颜色和官能团均没有发生变化,说明其耐紫外老化性能比较好。