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纤维增强塑木材料进展

星期三, 1月 10, 2024

随着塑木复合材料产量和应用范围的不断扩大,其韧性差、蠕变等问题逐渐暴露出来。目前针对塑木复合材料增强增韧的研究较多,方法主要有添加增强体( 刚性粒子、增强纤维)、改善塑料基体的韧性(塑料改性处理)、使用相容剂改善生物质纤维与聚合物之间的界面相容性等。增强纤维在高分子复合材料中已广泛应用,对塑木同样也具有比较有效的增强、增韧作用。20世纪40年代,因航空工业需要,玻璃纤维增强塑料出现在公众面前,从此纤维增强复合材料得到了迅速发展。

随着纤维制造技术的成熟和进步,碳纤维、芳纶纤维和碳化硅等高模量、高强度纤维逐渐被用作增强相添加到树脂基体中制成复合材料,增强效果显著。同样,将纤维添加到塑木复合材料中制备由热塑性塑料、木粉和纤维复合而成的多元复合材料可大幅度提高塑木复合材料的强度 。随着材料科学的迅速发展,用于增强复合材料的纤维种类越来越多,如玻璃纤维、碳纤维、玄武岩纤维、矿物棉、聚酯纤维等; 天然纤维素纤维以其环保无污染的优势在最近十几年内也越来越多地被用于增强聚合物材料。这些纤维均可用于提高塑木复合材料的力学性能。

纤维增强塑木材料进展

塑木复合材料以其独有的环保优势高速发展了20多年,在经历了现阶段的瓶颈期后,下一步势必会向高效率、高性能、高品质方向发展。采用添加增强纤维的方式来提高塑木复合材料的强度,特别是提高塑木复合材料的抗冲击性能,是一种有效的方法,对于拓展塑木复合材料的应用具有十分重要的意义。然而,纤维增强塑木复合材料目前尚处于研究阶段,距离产业化还有一段路要走,具体需要解决以下几方面问题:

进一步提高生产效率。仅就普通塑木复合材料而言,国内目前挤出生产效率普遍较低,提高生产效率可从原料的稳定、配方的优化、装备的改进以及工艺水平的提高等方面着手,其中最重要的当属挤出装备和工艺的改进,实现高效塑化、低温挤出、精确定型和有效冷却是提高挤出生产效率的关键。对于纤维增强的高性能、高品质塑木产品,要实现快速产业化,生产效率的提高更是势在必行。

纤维增强塑木材料进展

研制纤维增强塑木复合材料专用装备。纤维在喂料时容易“架桥”,在基体中也不易分散均匀、易结团,而且过于剧烈的分散剪切还会导致大部分纤维断裂,特别是对于比较软的柔性纤维,这些问题更为明显。解决这些技术问题,需要对现有设备进行完善和改进,例如在混炼设备中可以考虑针对高黏度特性的塑木复合材料熔体配置专用螺杆,既达到纤维分散的效果,又不会对纤维产生过高的剪切。

开发连续纤维增强塑木复合材料技术。连续纤维在增强聚合物复合材料中已经有比较普遍的应用,可采用的成型方法也较多,如拉挤法、注塑法、缠绕法、浸渍热压法等,其增强效果明显要好于短切纤维。塑木复合材料在连续纤维增强方面目前研究较少,未形成成熟的增强技术,其难点仍然在于塑木复合材料熔体的流动性较低,成型加工存在局限性。

纤维增强塑木材料进展

开拓高性能塑木复合材料市场。当前呈现在大众面前的塑木复合材料绝大多数为附加值不高、性能偏低的装饰材料,如室外铺板、凉亭、栅栏、外墙挂板、室内吊棚及内墙装饰板等,鲜有附加值较高的汽车座椅、内饰以及门窗、家具等对强度或抗冲击性能要求较高的塑木复合材料。这些市场领域的开拓将提高对高性能塑木复合材料的需求,进而带动纤维增强塑木复合材料的产业化发展。

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