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杨梅树皮纤维复合材料的制备与研究
文/ 张元静 黎振球 于 光 李敬华
摘 要：本文主要是通过物理的改性方法，在添加各种助剂的条件下制备了杨梅树皮纤维/PE（PP）复合材料。考察了不同比例的PE（PP）对复
合材料力学性能的影响。检测结果表明，当纤维含量在34%～45%时，复合材料具有良好的力学性能。
关键词：杨梅树皮纤维 聚乙烯 聚丙烯 丁苯橡胶 复合材料
Abstract: Strawberry bark fi ber/PE(PP) composites was prepared through the physical modifi ed method with some accessory ingredient. The infl uencing
effects of different ratio of
PE(PP)on the mechanical properties were studied. The results showed that the mechanical properties were signifi cantly improved when the amounts of
fi ber are 34% to 45%.
Key words: Strawberry bark fi ber PE PP SBR Composite materials
Study of CompositeMaterials Reinforced with Strawberry Bark
前 言
随着21世纪地球能源危机的加剧，生态环境的恶化，寻找新能源，开发新材料成为科
学技术发展的重点之一。天然高分子
植物纤维的潜在优势越来越引起人们的
关注[1]植物纤维增强材料与传统的塑料
填充物如玻璃纤维滑石粉相比，具有比
强度高、低成本、密度低、高韧性、良
好的热学性能、长径比大、比表面积
大、在特定的工艺条件下可形成生物降
解等优点[2]。它与热塑性塑料共混所形
成的复合材料制品集木材和塑料的优点
于一身，具有质轻、价廉、加工性好、
对生产设备磨损小、可再生及可降解等
优点，正是凭借成本和性能上的双重优
势，在许多领域都具有广阔的应用前
景。近年来，国内外许多学者在复合材
料方面取得了一定进展[3，5]。植物多酚的
生理活性使其在人类营养保健和疾病预
防等方面发挥着十分重要的作用[6]。杨
梅树皮富含植物多酚，但提取多酚后的
杨梅树皮成为废弃物，而且数量较大，
为了有效利用现有资源，保护环境，本
实验尝试利用废弃杨梅皮与塑料进行了
复合，并分析了工艺参数对物理力学性
能的影响。
实验部分
主要原料
实验所用杨梅树皮原料来自广西百
色地区，此前杨梅树皮已经过焦亚硫酸盐
水溶液萃取了植物多酚，成分见表1；
硅烷偶联剂：WD-20，武汉大学有
机硅公司；
硬脂酸锌：重庆市嘉世泰化工有限
公司；
聚乙烯（PE）、PE蜡：135A，山东
淄博塑料助剂厂；
聚丙烯（PP）：山东淄博塑料助剂
厂；
丁苯橡胶：淄博市淄川中信化工
站。
实验设备
扫描电子显微镜：日本电子株式会
社；锥形双螺杆挤出机：青岛科创塑料
机械有限公司；开炼机：SXK-160B×330
表1 杨梅皮废弃物成分分析
原料 纤维素% 聚戊糖% 木质素% 灰分%
杨梅树皮 17.12 16.63 37.54 3.24
DOI:10.16587/j.cnki.issn1727-2890.2010.05.008
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型，中国福建永春轻工机械厂；简支梁
冲击实验机：XJJ-5，河北承德试验机有
限公司；压力成形机：新乡鼑天机械公
司；电脑伺服拉力实验机等。
试样制备
将提取植物多酚后的杨梅树皮加入
高速搅拌机中，搅拌并升温至90℃后加
入硅烷偶联剂的乙醇溶液（硅烷偶联剂
的质量分数为60%），搅拌10min，在
100℃时出料。将硅烷偶联剂与杨梅树
皮与PP、热稳定剂、润滑剂等在高速混
合机中混合10min并在120℃出料，与
180℃的开炼机上混炼10min，下片后
立即将热物料放入压力成形机上进行压
片。压力为15MPa，时间3min。并将压
片裁切成试样。
拉伸性能按GB/T 1040-1992测试；
冲击性能按GB/T 1040-1993测试。
实验结果与讨论
PE作为基体时纤维含量对复合
材料性能的影响
纤维含量对拉伸强度的影响
纤维含量对弯曲强度的影响
由图1和图2可以看出，随着纤维含
量的增加，复合材料的拉伸强度与弯曲
强度增加，当纤维含量在35%时，复合
表2 纤维含量对复合材料强度的影响
试样
弯曲强度
（MPa）
拉伸强度
(MPa )
撕裂强度
(N/mm)
冲击强度
（KJ/m2）
0 % fibre 9.81 8.21 35.5 11.1
14% fibre 14.31 12.97 15.34 11.71
24% fibre 19.82 15.80 15.58 12.01
34% fibre 26.77 22.80 16.01 12.11
44% fibre 21.38 17.08 12.59 11.58
表3 纤维含量对复合材料受力程度的影响
试样 弯曲最大力（N） 拉伸最大力（N） 撕裂最大力（N）
0 % fibre 12.44 67.76 135.4
14% fibre 29.34 89.64 95.91
24% fibre 40.35 112.57 97.12
34% fibre 53.74 169.63 103.98
44% fibre 42.35 107.98 90.81
表4 模压成型的纤维基材料的各项性能
试样 44% fibre 34% fibre 24% fibre 14% fibre 0 % fibre
弯
曲
强度
（MPa）
21.38 26.77 19.82 14.31 9.81
模量
（MPa）
832.56 1161.83 822.49 458.13 210.47
力量最大
值（N）
42.35 53.74 40.35 29.34 12.44
拉
伸
强度
（MPa）
17.08 22.84 15.80 12.97 8.21
力量最大
值（N）
73.25 169.63 112.57 89.64 67.76
撕
裂
强度
（N/mm）
12.59 16.01 15.58 15.34 35.5
力量最大
值（N）
90.81 103.98 97.12 95.91 135.4
冲击强度
(KJ/m2)
11.58 12.11 12.01 11.71 11.1
硬度（LX-D） 60 58 55 53 47
维卡软化点(℃) 97.6 95.3 92.7 89.0 83.1
图1 不同纤维含量时材料的拉伸强度
图2 不同纤维含量时材料的弯曲强度
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纤维含量对撕裂强度的影响
图9 不同纤维含量时材料的撕裂强度
纤维含量对冲击强度的影响
图10 不同纤维含量时材料的冲击强度
材料拉伸强度与弯曲强度均达到最大只
值。随着纤维含量增加，复合材料的拉
伸强度与弯曲强度均呈下降趋势，且下
降趋势明显。
由图3可以看出，随着纤维含量的
增加，复合材料的撕裂强度明显减小，
纤维含量在17.3%时，复合材料的撕裂强
度降到最小值。随着纤维含量的继续增
加，复合材料的撕裂强度略有增加，但
增加趋势很小。
由图5可知，随着纤维含量的增加，
复合材料的维卡软化点增加，且上升趋
势较为显著。
图6表明，在纤维含量为34%时复合
材料的综合性能最佳。
10%PP+PE作基体时纤维含量
对复合材料性能的影响
由图7和图8可以看出，随着纤维含
量的增加，复合材料的拉伸强度与弯曲
强度增加，当纤维含量在40%时，复合材
料拉伸强度与弯曲强度均达到最大值。
随着纤维含量增加，复合材料的拉伸强
度与弯曲强度均呈下降趋势，且下降趋
势明显。
由图9和图10可以看出，随着纤维
含量的增加，复合材料的撕裂强度和冲
击强度明显减小，纤维含量在30%时，复
合材料的撕裂强度降到最小值；随着纤
维含量的继续增加，复合材料的撕裂强
度和冲击强度有较为平缓的增加，纤维
含量在45%时。复合材料的撕裂强度和冲
击强度达到新的最大值，之后又出现平
缓的下降趋势。
由图11可知，随着纤维含量的增
加，复合材料的的维卡软化点增加，增
加趋势较显著。
由图12可以看出，当纤维含量为
40%-45%时复合材料具有较好的综合性
能。
纤维基材料的扫描电镜图
纤维含量对维卡软化点的影响
图11 不同纤维含量时复合材料的维卡软化点
纤维含量对材料强度的影响
图12 不同纤维含量时复合材料强度
图3 不同纤维含量时材料的撕裂强度
纤维含量对撕裂强度的影响
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表5 复合材料的组成
试样 PE PP PE蜡 偶联剂 硬脂酸锌 丁苯橡胶 植物纤维
1 74 10 3 1 2 10 0
2 44 10 3 1 2 10 30
3 39 10 3 1 2 10 35
4 34 10 3 1 2 10 40
5 29 10 3 1 2 10 45
6 24 10 3 1 2 10 50
表6 不同含量的纤维对材料强度的影响
试样 弯曲强度（MPa） 拉伸强度(MPa ) 撕裂强度(N/mm) 冲击强度 （KJ/m2）
0 % fibre 9.81 8.69 85.43 23.92
30% fibre 20.81 19.72 58.44 15.24
35% fibre 23.52 21.12 62.85 15.38
40% fibre 32.58 25.28 63.05 16.15
45% fibre 27.31 21.05 67.44 16.98
50% fibre 23.14 20.41 65.33 15.07
表7 模压成型的纤维基材料性能检测数据
试样 硬度 （LX-D） 维卡软化点(°C)
0 % fibre 53 89.2
30% fibre 57 92.8
35% fibre 58 94.5
40% fibre 60 99.2
45% fibre 63 102.3
50% fibre 65 108.5 图13 纤维基材料局部×2000
由扫描电镜图可以看出，在植物纤
维的表面出现大量的丝状物，纤维中基
本没有空隙存在，这说明基质与纤维之
间的结合较好，相互作用大，基质对纤
维进行了良好的浸润与渗透，从而使复
合材料的性能得到很大程度的提高。
结 论
（1）PE作为基体纤维含量在34%左
右时模压成型的纤维基材料具有最佳性
能。
（2）10%PP+PE作为基纤维含量在
40%-45%时纤维基材料具有最佳性能。
（3）植物纤维增强材料与传统的
塑料相比，具有强度高、成本低、密度
低、韧性高、性能良好和可生物降解的
优点。
参考文献
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张元静 黎振球 于 光 李敬华
青岛科技大学
邮编：266042