文 献 综 述

随着经济的发展，地球上森林的不断破坏，木材变得更加珍贵，所以亟需寻找社会经济可持续发展与环境保护与资源开发之间的平衡点来解决生态环境和能源需求之间的矛盾 [1] 。为了缓解这种短缺现象，并增加木材的利用率，目前全球都在研究木塑复合材料。首先，木塑复合材料有利于克服木材的缺陷，是一种有效的性能改善方法，另外，塑料的易蠕变，稳定差等缺点使得人类要设计出更加优异性能的复合材料。并且要研究各种极性产品的相容性，增韧性，以及对各种技术手段的进行和改进。本论文主要研究偶联剂，发泡剂等对木塑复合材料性能的改善，木粉和塑料各组分之间的相容性以及研究亚临界条件不同流体对聚苯乙烯基木塑复合材料力学性能的影响 [2] 。

1.1 木塑复合材料定义木塑复合材料(WPC) [3] 是一种新型环保型复合材料，以植物纤维(如木材、木粉、糠粉、等)和塑料(PE、PP、PVC 等）为主要原料，并在其中加入增容剂，偶联剂，使其比纯木材具有良好相容性和的用挤出成型法或其它成型法制成的类似于木材特性的型材或异型材 [4] ，其产品主要用作木材的替代品。WPC 具有一系列优点，具有木材的可二次加工成型，可降解等性能，而且可以像塑料一样易加工成型，耐化学腐蚀，是一种优良的绿色环保材料。聚苯乙烯基木塑复合材料(PS-WPC)是以木纤维，竹纤维和聚苯乙烯(PS)为主要原料制成的一种复合材料，。聚苯乙烯是苯乙烯的均聚物，是苯乙烯树脂的最具本品种，是一种热塑性树脂，，由于苯环的位阻效应，使得PS在一般情况下不能产生结晶，主要形成无规聚合物，另外苯环的存在使得聚合物链段刚性提高，因此苯乙烯在常温下呈透明状。PS-WPC具有一系列优点，如：高强度，高模量，良好的韧性。但由于生产技术还未成熟，目前国内通过挤出成型法制备PS-WPC并实现产业化的企业极少，与挤出成型制备的PS-WPC相关性能的研究报道也有待被提出。

1.1.1 木塑复合材料主要特点木塑复合材料具有热塑性易于成型加工的特点，得到各种型材和异型材。与塑料基体相比，木塑复合材料在其中添加热塑性弹性体 [5] ，有很好的增韧效果，加入适当量的偶联剂使其具有良好的相容性及良好的弯曲强度和拉伸强度，抗蠕变性能以及类似原木的自然外观，且拥有比原木更好的尺寸稳定性、耐水性和加工性能 [6] 。由于可以采用回收塑料和廉价的植物纤维为原料，其价格也比纯塑料和原木更加低廉。木塑复合材料是集合了植物纤维与塑料的共同的优点，木塑复合材料主要特点如下： 1） 良好的加工性能木塑复合材料内含塑料和纤维，因此，具有同木材相类似的加工性能，可锯、可钉、可刨，使用木工器具即可完成。机械性能优于木质材料。握钉力一般是木材的 3 倍，是刨花板的 5 倍。 2） 良好的强度性能木塑复合材料内含塑料，因而具有较好的弹性模量。此外，由于内含纤维并经与塑料充分混合，因而具有与硬木相当的抗压、抗弯曲等物理机械性能 [7] ，并且其耐用性明显优于普通木质材料。表面硬度高，一般是木材的 2#8212;#8212;5 倍。 3） 具有耐水、耐腐性能，使用寿命长木塑材料及其产品与木材相比，可抗强酸碱、耐水、耐腐蚀，并且不繁殖细菌，不易被虫蛀、不长真菌。使用寿命长，可达 50 年以上。 4） 优良的可调整性能通过助剂，塑料可以发生聚合、发泡、固化、改性等改变，从而改变木塑材料的密度、强度等特性，还可以达到抗老化、防静电、阻燃等特殊要求。 5） 具有紫外线光稳定性、着色性良好 [8] 。 6）其最大优点就是变废为宝，并可 100%回收再生产。可以分解而不会造成”白色污染#8217;，是真正的绿色环保产品。 7） 原料来源广泛生产木塑复合材料的塑料原料主要是高密度聚乙烯或聚丙烯 [9] ，聚苯乙烯，木质纤维可以是木粉、竹纤维，谷糠或木纤维，另外还需要少量添加剂和其他加工助剂。

1.1.2 木塑复合材料的应用木塑复合材料因其特有的绿色环保功能被运用到生产生活的许多地方，在很多场合可以完全代替木材产品和塑料制品，它的应用范围主要有以下几个方面: (1) 建筑产品方面，这是木塑复合材料制品应用最为广泛的领域，大约占木塑复合材料产品总量的 75%，产品包括地板、护墙板、建筑模板、门窗型材、围栏和栏以及百叶窗和屋面板等 [10] 。 (2) 汽车工业方面，产品份额约占 8%，主要用作车门内装饰板、备胎盖、靠板、后搁物箱、行李箱侧围、车顶内衬等 [11] 。 (3) 物流方面，作为各种规格的运输托盘和出口包装托盘、集装箱、各类包装箱、运输玻璃货架等 [12] 。 (4) 其他方面，例如花盆、工具手柄、浴缸、办公用品、高速公路路牌、吸声板、及音箱、海洋码头工程组件等 [13] 。作为代塑、代木的最佳产品，木塑复合材料的意义不仅仅是一个绿色产品，重要的是它能变废为宝，符合我国目前建设环境友好型和节约型社会的要求，具有广阔的市场发展前景和巨大的发展潜力 [14] 。因此，深入研究和开发该材料，具有广阔的市场前景和良好的社会经济效益。

1.1.3 木塑复合材料的研究现状及进展常用的热塑性塑料主要有 PP、PE、PVC、PS 以及 ABS 等，从目前市场上的产品来看，主要是 PE 基的木塑复合材料制品，而 PP 基和 PVC 基的木塑复合材料也占一定的比例 [15] 。本文主要研究聚苯乙烯基木塑复合材料及不同流体对苯乙烯复合材料的性能的影响。聚苯乙烯(PS) [16] 高聚物主链侧基上有苯环结构，故其主要优点是具有良好的韧性和性能，还具有良好的光学性能和电气性能，着色性能好，并且聚苯乙烯流动性好，可用于成型结构复杂的工艺品，加工性能良好。但是聚苯乙烯工艺加工是熔点不明显，受温度和压力影响较大，吸水率较低，收缩率较低 [17] 。本文采用聚苯乙烯作为塑料制备木塑复合材料。国内外对聚苯乙烯基木塑复合材料的研究还很少，不过很多研究也在被尝试，比如聚苯乙烯发泡木塑复合材料的研究，通过添加发泡剂，讲泡孔引入到木塑复合材料中形成发泡复合材料降低密度。目前复合材料的主要成型方法是连续挤出成型和注塑挤出成型法，挤出成型的主要设备是单双螺杆挤出机 [18] ，由于木纤维含有大量的机型羟基官能团，所以呈现很强极性，与非极性的塑料的相容性差，且吸水性强，分散性差，木纤维的加入对复合材料的发泡及最终的制品的物理机械性能产生不同程度的影响 [19] 。国内外主要围绕改善界面相容性展开，通过对木纤维表面极性官能团进行酯化，醚化 接枝共聚，等非极性化处理，以及使用相容剂提高了界面粘结程度。今后的研究方向： 1.木粉与塑料基体的界面相容性的改善； 2.提高熔体强度以改善泡孔结构和泡孔分布； 3.提高木塑复合材料的木粉用量，降低生产成本； 4.改善木粉流动性，提高生产效率； 5.偶联剂，抗冲改性剂，木粉表面改性剂等对复合材料的流动性能及其它力学性能的综合影响的系统研究有待深入开展； 6.加工设备和成型模具的开发，完善工业化生产的加工工艺，最终能提高木塑复合材料的物理性能。

1.2 木塑复合材料的改性为了达到木塑复合材料的使用寿命并满足各领域对性能的要求，要求对木塑复合材料进行改性，包括共混改性，増韧改性，弯曲强度及拉伸强度和断裂伸长率的改性。 1.2.1 表面改性通常利用物理或化学的方法对木质材料表面改性，改变木质材料的表面状态，一达到表面改性的目的。物理方法有干燥、蒸汽爆破法和放电处理 [20] 。化学改性处理旨在减少木质材料表面羟基官能团的数量或在木材和塑料基质间通过物理或化学键的方式引入横向交联，在木材表面对极性官能团进行酯化、醚化和接枝共聚，达到提高表面粘合性的目的。利用马来酸酐与木纤维产生酯化反应提高界面相容性。利用偶联剂包括异氰酸酯和马来酸酐，领苯二甲酸酐等偶联剂。

1.2.2 増韧改性利用热塑性弹性体对木塑复合材料进行増韧改性，由于木质材料的增加使得复合材料的冲击强度下降，限制了木塑复合材料的实际应用，所以要对复合材料増韧 [21] ，方法有增强聚合物的韧性；添加偶联剂或者相容剂及分散相的尺寸增强聚合物基质和填料之间的界面结合力；优化填料的相关因子，本文采用热塑性弹性体増韧，热塑性弹性体主要有三类，聚苯乙烯-弹性体嵌段共聚物，多嵌段共聚物，硬质聚合物-弹性共聚物。几乎所有的热塑性弹性体都为相分离体系，即一相为硬聚合物，一相为橡胶相，硬相起物理交联作用。

1.3 假塑性流体假塑性流体是非牛顿流体得一种，是指无屈服应力,并具有粘度随剪切速率增加而减小的流动特性的流体,其本构方程为 r=nD(nlt;1)，r 是剪切应力，η是粘度的度量，D 是剪切应变速率。这种流体称为假塑性流体 。 其特征是：表示切应力(T)和切变速度 D 关系的流变曲线(D-T 曲线)通过原点，但二者不呈直线关系，D 比 T 增加得更快，流体的表观黏度随切变速度的增加而减小，这称作剪切稀化(shear thinning)现象。假塑性流体的流变性质常用经验公式 T=KDn 表示，式中 0lt;nlt;1。高分子熔体和浓溶液大都属于假塑性流体 。 木塑复合材料也属于假塑性流体。

1.4 研究木塑复合材料意义随着保护环境的环保理念不断深入人心，各国都在研究并制备性能优异的环保材料，而且我国森林覆盖率仅为 2.7%,人均森林蓄积量仅为世界平均水平的 12.5％，因此，对环保材料的研究迫在眉睫。木塑复合材料是一种性能良好的新型天然木材替代品，发展木塑复合材料对于缓解我国天然木材日趋紧张的压力具有重要的意义。另一方面，由于木塑复合材料的主要原料是农林废弃物和废旧塑料，因此，发展木塑复合材料对于农林废弃物和废旧塑料的综合利用和治理”白色污染”具有重要的意义。