全 文 ：第 !" 卷 第 # 期
$ % & % 年 # 月
林 业 科 学
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竹颗粒Af/(复合材料热模压工艺参数!
王6会6蓝6天6盛奎川6常6蕊6钱湘群
"浙江大学生物系统工程与食品科学学院6杭州 7&%%$#$
摘6要!6为制备竹颗粒Af/(复合材料"?ff($并优化热模压工艺!研究温度及时间等工艺参数对 ?ff(性能的影
响% 设定热模压时间 > _&& JIE!模压温度 &"> _&#% ‘!制备 ?ff(并测定其物理力学性能% 结果发现!随着热模
压时间的增加!?ff(的物理力学性能改善!较佳热模压时间为 < JIE% 热模压温度 &"> _&#% ‘范围内!随着模压
温度的增加!?ff(的力学性能指标呈现先增加后减小的趋势!最佳热模压温度为 &<% ‘% @’(分析表明!热模压
温度对竹颗粒和 f/(的相容性影响显著!模压温度 &<% ‘时二者呈现较好的相容性% ’*b分析发现!热模压温度
&<% ‘时竹颗粒在 f/(基体中分布均匀!二者的界面相容性较好%
关键词&6竹塑复合材料# 热模压# 物理力学性能# @’(# ’*b
中图分类号! ’8收稿日期& $%%< =&& =%8# 修回日期& $%%# =%" =&%%
基金项目& 浙江省新苗人才计划资助项目"$%%8G!%W$%&%%7#$和浙江省教育厅资助项目"W$%>"%$ %
!盛奎川为通讯作者%
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MLEF9HI6.LE ,ILE6’D3EFlHIUDHLE6(DLEFGHI6;ILE KILEFoHE
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89/’(-.’&6)E 0OR3OS0NLXOIULS3XLJX004LOSIU13TO3IEN0OU3R f/(U0J40TIS3"?ff($ LER 04SIJIQ3D0S4O3TTIEFJ01RIEF
S3UDEIoH3!3N3UST0NJ01RIEFS3J43OLSHO3LER SIJ30E SD34O043OSI3T0N?ff(Z3O3TSHRI3R5?ff(Z3O3NLXOIULS3R ZISD
T313US3R 4LOLJ3S3OT0ND0S4O3TTIEFSIJ3IE > =&& JIE LER J01RIEFS3J43OLSHO3IE &"> =&#% ‘!LER SD34O043OSI3T0N
?ff(Z3O3S3TS3R5G3TH1STTD0Z3R SDLS4DPTIUL1LER J3UDLEIUL14O043OSI3T0N?ff(Z3O3J0RINI3R ZISD SD33EDLEUIEF0N
J01RIEFSIJ3LER L4O043OJ01RIEFSIJ3ZLT< JIE5)E SD3OLEF0N&"> =&#% ‘!4DPTIUL1LER J3UDLEIUL14O043OSI3T0N
?ff(IEUO3LT3R ZISD SD3IEUO3LTIEF0NS3J43OLSHO3NIOTSLER SD3E TD0Z3R LR3UO3LTIEFSO3ER5,D3X3TSJ01RIEFS3J43OLSHO3
0N?ff(ZLT&<% ‘5,3TSIEF0N@’(IERIULS3R SDLSJ01RIEFSIJ3DLTLE0SLX1PIJ4LUS0E SD3U0J4LSIXI1ISP0NXLJX00
4LOSIU13LER f/(LER LF00R U0J4LSIXI1ISPZLTF3SLS&<% ‘5’*bLEL1PT3T0N?ff(4O34LO3R ZISD 04SIJIQ3R S3UDEIoH3
R3J0ETSOLS3R HEIN0OJRIT43OTI0E 0NXLJX004LOSIU13TIE f/(JLSOI[LER LF00R U0J4LSIXI1ISPX3SZ33E SD3J5
:); <"(=/&6XLJX0041LTSIUU0J40TIS3T# D0S4O3TTIEFJ01RIEF# 4DPTIUL1LER J3UDLEIUL14O043OSI3T# @’(# ’*b
66中国竹材储量达 &5$8 亿 S!产量位居世界第一%
利用竹材与热塑性树脂复合所开发的材料!比强度’
比模量高!可替代木材 "90OETXP")%/5!&##8$!通过
热熔等方法可分离增强体与基体!实现原料回收利
用% $%%> 年中国 f/(总产量达 < 88$ hS"杨惠娣!
$%%<$!已超过美国!居世界第 & 位!且产量以每年
$$57$j的速率递增% 针对中国的资源优势!研发
竹A塑复合材料具有重要的现实意义及应用前景%
成型工艺是制备竹A塑复合材料的关键问题%
国内外学者在热模压工艺制备天然纤维A树脂复合
材料方面进行了大量研究!日本同志社大学以竹纤
维为增强体!采用热模压工艺制备了聚丙烯复合材
料和聚乳酸复合材料" ’DIS0")%/5!$%%$# BHnI")%/5!
$%%!$!国外一些学者采用热模压工艺制备了麻纤
维A塑料复合材料"lHJLOI")%/5!$%%8# bIQHSL")%/5!
$%%"# b0DLESP")%/5!$%%7# $!国内有些学者在热模
压工艺制备秸秆A塑料复合材料方面进行了研究
"郭文静等! $%%"# 王正等! $%%8# 许民等! $%%"#
$%%8$% 但关于竹颗粒Af/(复合材料成型工艺的
研究还未见报道%
本试验研究热模压时间及温度对竹颗粒Af/(
复合材料"XLJX004LOSIU13O3IEN0OU3R f/(U0J40TIS3!
?ff($性能的影响!重点考察不同模压温度对 ?ff(
物理力学性能’热特性及微观形态的影响!为 ?ff(
6第 # 期 王6会等& 竹颗粒Af/(复合材料热模压工艺参数
的制备及热模压工艺优化提供理论依据%
&6材料与方法
>D>?材料
竹屑来自浙江省临安市竹材加工厂!粉碎成直
径为 7%% ’J左右的竹颗粒并烘至含水率 g7j!放
入干燥皿备用# 基体树脂 f/(牌号 bY&%%%!上海氯
碱化工股份有限公司生产%
>DF?方法
&2$2&6?ff(制备6?ff(制备工艺路线为& 原料
预处理)混料)铺装)预热处理)热压成型% 竹颗
粒和 f/(按质量比 >%q>% 混合% 通过前期预试验
设定?ff(目标密度 &2% F)UJ=7!模压压力 &% bfL!
热模压温度 &8> ‘% 对比竹颗粒Af/(混合物未预
热与预热处理!热模压时间在 > _&& JIE 范围设定!
热模压温度在 &"> _&#% ‘范围设定!制备 ?ff(并
测定其物理力学性能% ?ff(热压模具为实验室自
主设计% 每一处理 ! 次重复!取平均值%
&2$2$6?ff(物理力学性能测试6采用深圳新三
思公司生产的 (b,!>%7 型万能材料试验机测试
?ff(的力学性能% 材料的拉伸强度试验’弯曲强
度试验分别根据 -’,b@"78 和 -’,b@8#% 标准制
样并测试% ?ff(耐水性参照 -’,b@>8% 标准测试
$ D 吸水率和厚度膨胀率%
&2$276?ff(热性能测试6采用耐驰公司的 @’(
$%%B7 型 差 示 扫 描 量 热 仪 " RIN3O3ESIL1TULEEIEF
UL10OIJ3SOP!@’($测定原料和 ?ff(的热特性!升温
速率为 &> ‘)JIE =&!试验过程为氮气气氛%
&2$2!6?ff(微观形态分析6将 ?ff(的表面切片
和冲击断面采样后镀上金膜!在新西兰 B*)公司生
产的 ’)G)e+Y&%% 场发射扫描电子显微镜 "TULEEIEF
313USO0E JIUO0TU04P!’*b$上观测其微观结构%
&2$2>6数据分析6采用 ’-’ <2%$ 对试验数据进行
统计分析!研究各因素在 !i%2%> 时对各指标影响
的显著性%
$6结果与分析
FD>?预热及热模压时间对 TNN+物理力学性能
影响
考察了 -"预热’热模压 > JIE$’?"未预热’热
模压 > JIE$’("预热’热模压 < JIE$’@"未预热’热
模压 < JIE$’*"预热’热模压 && JIE$及 B"未预热’
热模压 && JIE$等工艺制备的 ?ff(物理力学性能!
结果见表 &%
由表 & 可见!采用预热处理制备的 ?ff(物理
力学性能优于未预热处理% 这是因为预热处理使基
体 f/(熔融充分!流动性增强!提高 f/(对竹颗粒
的浸润程度!竹颗粒在 f/(中分布较未预热处理的
?ff(更为均匀!所以预热处理改善了 ?ff(的物理
力学性能%
采用预热处理!随着热模压时间的增加!?ff(
力学性能提高!$ D 吸水率和厚度膨胀率减少% 未
预热处理 ?ff(的物理力学性能与热模压时间呈现
出相同的变化规律% 这是因为相同预热条件!热模
压时间越长!f/(对竹颗粒的浸润越充分% 采用预
热处理’热模压 && JIE 时 ?ff(的物理力学性能最
佳!采用预热处理预热’热模压 < JIE ?ff(的物理
力学性能略低于采用预热处理’热模压 && JIE 的结
果% 由于热模压时间延长将增加能耗!以下研究中
采用预热处理’热模压 < JIE 制备 ?ff(%
表 >?不同预热处理与热模压时间对 TNN+物理力学性能的影响!
4-9@>?N,;/#.-$-*=A).,-*#.-$B("B)(’#)/"1TNN+<#’,=#11)()*’B(),)-’#*3 -*=A"$=#*3 ’#A)/
制备工艺
fO34LOIEF
S3UDEIUT
内结合强度
)ES3OEL1X0ER
TSO3EFSDAbfL
静曲强度
b0RH1HT0N
OH4SHO3AbfL
弹性模量
b0RH1HT0N
31LTSIUISPAbfL
$ D 吸水率
$ D ZLS3O
LXT0O4SI0EAj
$ D 厚度膨胀率
$ D SDIUhE3TT
TZ31IEFAj
- %2<%X &&2$X & &$!2"L &"2%X &82? %27!X 82<%X "8!2X
( &2!>X &!2"X & #$%2&L &>27X &82!X
@ %28$X &!2$X & <"722#X
* &2>"X &>2>X $ %<"2!L &!2>X &"2"X
B &2$#X &>2&X $ %!!2!L &>28X $72%X
66! L& 十分显著 /3OPTIFEINIULES!X& 显著 ’IFEINIULES5
FDF?热模压温度对 TNN+物理力学性能影响
分别考察模压温度 &">!&8%!&8>!&<%!&<> 和
&#% ‘时预热处理’热模压 性能!结果见表 $%
87&
林 业 科 学 !" 卷6
表 F?不同预热处理与热模压温度对 TNN+物理力学性能的影响!
4-9@F?N,;/#.-$-*=A).,-*#.-$B("B)(’#)/"1TNN+<#’,=#11)()*’B(),)-’#*3 -*=A"$=#*3 ’)AB)(-’&()
模压温度
b01RIEF
S3J43OLSHO3A‘
拉伸强度
,3ETI13
TSO3EFSDAbfL
静曲强度
b0RH1HT0N
OH4SHO3AbfL
弹性模量
b0RH1HT0N
31LTSIUISPAbfL
内结合强度
)ES3OEL1X0ER
TSO3EFSDAbfL
$ D 吸水率
$ D ZLS3O
LXT0O4SI0EAj
$ D 厚度膨胀率
$ D SDIUhE3TT
TZ31IEFAj
&"> $2>>U &%2!U & !$>27L &27$U !%28U 7"2%U
&8% 72&!U &$2#U & >"%27L &2>%U &82>U &<2"U
&8> 72$"U &!2" & #$%2&L &2!>U &>27 &82!U
&<% !28$U $%2#U $ &$#2>L $27&U &&27U &"2"U
&<> !27$U $U & 88!2&L &2#&#% !2&7U &82#U & "8!2%L &2<"U <2#U &&266! L&十分显著 /3OPTIFEINIULES! U& 较显著 GLSD3OTIFEINIULES5
图 $6热模压工艺制备的 ?ff(微观形态
BIF5$6bIUO0TSOHUSHO3T0N?ff(ZISD D0S4O3TTIEFJ01RIEF
L5平面切片 ’1IU3XPTLZIEF# X5冲击断面 ’DLO4 X3ERIEFIES3ONLU35
66由表 $ 可见!随着热模压温度的增加!?ff(的
拉伸强度’弹性模量’静曲强度及内结合强度分别呈
现先增大后减小的趋势!热模压温度为 &<% ‘时!上
述各指标均达到最大% 这是因为热模压温度过低!
少量大分子质量 f/(未熔融!f/(的流动性较弱!
对竹颗粒的浸润不彻底!?ff(中 f/(与竹颗粒存
在分离相!影响 ?ff(力学性能% 温度过高!基体
f/(熔融和聚合速率加快!熔融的 f/(还未浸润竹
颗粒即已聚合!影响 f/(对竹颗粒的浸润!因而热
模压温度过高使得 ?ff(的力学性能降低%
随着热模压温度的增加!?ff($ D 吸水率和厚
度膨胀率逐渐减小!当热模压温度大于 &<% ‘时!随
着温度的增加!?ff($ D 吸水率和厚度膨胀率略有
减小% 这是因为热模压温度过低!少量大分子质量
f/(未熔融!?ff(中 f/(与竹颗粒存在分离相!水
分子容易浸入!导致 ?ff(的吸水率和厚度膨胀率
较高%
FDC?热模压温度对 TNN+热特性影响
竹颗粒中木质素含量 $72&#>8$!采用 @’(考察竹颗粒木质素的结晶熔融温度
为  _&#> ‘!f/(熔融温度为 &>7 _&88 ‘% 采用
@’(对不同热模压温度 ?ff(的热特性进行分析!结
果如图 &%
热模压温度为 &"> ‘制备的 ?ff(的 @’(曲线
在 &>> 和 &<> ‘附近分别出现 $ 个熔融峰!竹颗粒
与 f/(混合制备的 ?ff(存在分离相!因此!?ff(
的力学性能差!$ D 吸水率和厚度膨胀率高% &8%!
&8>!&<> 和 &#% ‘时!?ff(的 @’(曲线在 &>> ‘附
近具有不规则熔融峰!说明竹颗粒与 f/(相容性提
高!但二者并未完全相容% &<% ‘时 @’(曲线显示
& 个熔融峰!且该峰介于木质素和 f/(的熔融峰之
间!竹颗粒与 f/(完全相容!因此!热模压温度
&<% ‘制备的 ?ff(的力学性能最佳!$ D 吸水率和
厚度膨胀率较优%
图 &6不同热模压温度 ?ff(热特性
BIF5&6,D3OJL14O043OSI3T0N?ff(ZISD
RIN3O3ESJ01RIEFS3J43OLSHO3
<7&
6第 # 期 王6会等& 竹颗粒Af/(复合材料热模压工艺参数
FDG?TNN+微观形态
图 $ 所示为采用预热处理’热模压温度为
&<% ‘’模压时间 < JIE 制备的 ?ff(的切片平面和
冲击断面微观形态%
由图 $L可见!竹颗粒在 f/(基体中的分布较
为均匀!竹颗粒与 f/(的相容性较好!因而采用该
工艺生产的 ?ff(物理力学性能较优# 由图 $X 可
见!?ff(冲击过程中部分竹颗粒从基体 f/(中拔
出!表明竹颗粒与 f/(呈现了较好的相容性%
76结论
竹颗粒Af/(混合物料预热处理制备的 ?ff(
物理力学性能优于未预热结果% 热模压温度 &8> ‘
时!随着热模压时间的增加!?ff(的物理力学性能
提高% 采用预热处理’热模压时间为 < JIE’热模压
温度在 &"> _&#% ‘内随着温度的升高!?ff(的力
学性能先增加后降低!$ D 吸水率和厚度膨胀率逐
渐降低!最佳热模压温度为 &<% ‘% @’(分析结果
表明!热模压温度对竹颗粒和 f/(的相容性影响显
著!模压温度 &<% ‘时二者呈现较好的相容性%
’*b分析发现!采用预热处理’热模压温度 &<% ‘’
热模压 < JIE 的?ff(!竹颗粒在f/(基体中的分布
较为均匀!界面相容性较好% 本研究制备的 ?ff(
物理力学性能指标均达到或优于 W?A,&8">8 人造
板国家标准!在某些领域可以替代木材材料%
参 考 文 献
郭文静!王6正5$%%"5..@f*Af’ 塑料合金及其与木纤维形成复合
材料的研究5林业科学!!$"7$ & ># =""5
王春红!王6瑞!于6飞!等5$%%85竹原A亚麻复合材料力学性能的模
糊评判5纺织学报!$<"7$ & 7! =785
王6正!王志玲!任一萍!等5$%%85功能性共聚物偶联剂制备麦秸 =
回收 .@f*复合材料的性能及其影响因子5林业科学!!7 "8 $ &
"8 =875
许6民!王克奇5$%%"5麦秸A聚苯乙烯复合材料工艺参数研究5林业
科学!!$"7$ & "8 =8&5
许6民!陈6磊!李6坚5$%%85基于 -+’C’ 的稻草Af’ 层合复合材
料保温性能仿真分析5林业科学!!7"&$$ & &$$ =&$>5
杨惠娣5$%%<5我国聚氯乙烯行业现状与发展趋势5塑料助剂!"$$ & &
=85
BHnI,!ehHX0l!CLJLTDISL+5$%%!!@3V3104J3ES0NDIFD 43ON0OJLEU3
XLJX00U0J40TIS3THTIEFJIUO0NIXOI1LS3R U31H10T359IFD f3ON0OJY
LEU3’SOHUSHO3TLER bLS3OIL1T!"#$ & !$& =!7&5
9IFHUDI,5&#>85?I0UD3JIUL1TSHRI3T0N1IFEIE N0OJLSI0E5fDPTI01f1LES!
&%& "77 ="!<5
90OETXPfG!9IENIUDT3E *!,LOV3ORIl5&##85fO34LOLSI0E LER 4O043OSI3T
0N401P4O04P13E3U0J40TIS3TO3IEN0OU3R ZISD ZD3LSLER N1L[TSOLZ
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RIJ3ETI0E 0E SD34O043OSI3T0NU31H10T3AffU0J40TIS35k0HOEL10N
M00R ’UI3EU3!>7""$ & !8% =!<%5
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100TIEFELSHOL1NIX3OO3IEN0OU3R 401P4O04P13E359IFD f3ON0OJLEU3
’SOHUSHO3TLER bLS3OIL1T$!<>& &<# =&#<5
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4O0U3TT3EFIE33OIEF0E SD3 43ON0OJLEU3 0NU31H10TIU 41LTSIUT5
f01PJ3O*EFIE33OIEFLER ’UI3EU3!!7">$ & &&>& =&&"&5
’DIS0,!ehHX0l!BHnI,5$%%$5@3V3104J3ES0N3U0YU0J40TIS3THTIEF
ELSHOL1XLJX00 NIX3OTLER SD3IOJ3UDLEIUL14O043OSI3T5 9IFD
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!责任编辑6石红青"
#7&