植物纤维的现状及其发展前景

植物纤维的现状及其发展前景

植物纤维的现状及其发展前景

植物纤维用于复合材料的潜在优势越来越引起人们的注意,它价格低廉,密度小,具有较高的弹性模量,与无机纤维相近,而它的生物

降解性和可再生性是最突出的优点,是其它任何增强材料无法比拟的;另一方面,植物纤维与通用塑料共混制得的塑料是不完全生物降解的,即在微生物作用下,合成高分子仅能被分解为散乱碎片,这种材料使

用后仍会对环境带来负面影响,因而植物纤维在全生物降解、复合材料中得到了重视并迅速发展。国外采用植物纤维改性的复合材料,已经在汽车内部装饰、室内外装修饰材、建筑结构部件等一些领域有

广泛的应用。但国内的研究发展相对较落后,近年来对植物纤维复合材料的研究有了较大的进展,特别是对生物降解材料的复合已成为研究开发的热点。本文综述了植物纤维改性高分子材料的一些性能变化，影响植物纤维复合材料综合性能的因素以及植物纤维的发展前景。

1.不同种类的植物纤维复合材料

植物纤维与高分子材料制备的复合材料中,采用的天然植物纤维主要有麻蕉、黄麻、xx、亚麻、剑麻等麻类材料及木材、竹材、棉

纤维、纸浆纤维等。材料形态主要是纤维态和粉态。麻纤维由于强

度好、可再生等优点,用来增强聚烯烃塑料用于汽车内饰及部件,在

欧洲汽车工业已广泛应用。随着各行各业对环保的关注,用天然麻类纤维与高分子材料制备复合材料的研究较多,而使用木纤维或木粉与高分子材料制备复合材料的研究相对较少。就生物降解材料而言目

前研究较多的是PLA。PLA结晶温度介于170~180℃之间,其力学性

能接近于聚丙烯和聚酯树脂,所以其复合材料具有较高强度,某些性

能接近于天然植物纤维/聚丙烯复合材料。椰纤维和竹纤维同样具有非常好的力学性能,具有较高的韧性,也比较适合作增强材料。

2.植物纤维处理方法对植物纤维复合材料的性能影响

在植物纤维改性塑料的研究及应用方面,主要是提取植物秸秆中的纤维素来改性塑料,由于纤维素自身的结构使其具有亲水性,而通

用塑料均为非亲水性材料,故二者复合时界面的粘结性较差,常要对

其进行改性处理,以更好的改善复合材料的性能。

2.1植物纤维的预处理

对植物纤维的预处理目的是除去纤维表面的杂质,同时希望能使纤维表面性能得到改善,用处理过的植物纤维与塑料进行复合,能较

好地提高塑料性能,扩大其应用范围。在研究中,对植物纤维的预处

理一般是先将其粉碎干燥,再用一定浓度的碱液处理一定时间,通过

预处理的纤维表面杂质减少,与树脂基体的接触面增加,有利于复合

材料界面相容性的提高,同时经过预处理的纤维亲水性有所降低,得

到的复合材料的拉伸性能也有所提高。

2.2植物纤维的改性处理

植物纤维在增强复合材料方面的不足,可以通过对植物纤维的改性来改善。植物纤维在增强C-H聚合物时,极性的纤维素纤维很难和C-H聚合物具有相容性,增强用纤维与基体聚合物两种材料不相容时,就很难形成增强复合材料,有效的办法是改善两种材料(或其中之一)的表面能。处理方法主要有表面处理和改性处理。表面处理包括物

理加工、表面刻蚀、纤维的包润和降低纤维的亲水性等。改性处理

则从接枝共聚和界面偶合来考虑。接枝共聚是高聚物改性的重要手段,对纤维进行接枝改性处理,可改善纤维与基体的浸润性。而界面

偶合的方法,可以改变界面粘合性,反应后纤维表面的羟基减少,从而使纤维的吸水性减小,有利于纤维与基体聚合物键合的稳定。

另一方面,通过处理可使纤维和聚合物之间形成交联网络,减少纤维的溶胀。有学者在研究麻纤维增强复合材料时,用下面的方法对原麻进行处理,也取得了很好的效果。原麻纤维经过高温煮练、脱胶、漂白后,为进一步提高纤维的强度和进一步改善纤维和树脂的粘接性能,在室温下对原麻进行碱处理(碱的浓度为30%,浸泡时间为30min),通过碱处理可脱去原麻果胶,同时使麻纤维截面溶胀趋圆,中间空洞

偏小,纤维壁加厚,从而改善纤维的结构和性能。处理后的麻,不仅自

身性能大大提高,而且还可改善其与复合材料的界面结合,提高复合

材料的硬度、抗压强度和耐磨性等。

3.添加剂对植物纤维复合材料的性能影响

为了提高复合材料的界面性能,常在复合材料中添加一些粘合剂、偶联剂、增韧剂等添加剂,以更好的提高复合材料的力学性能。在实

际应用中,添加剂的加入除了要考虑添加剂本身的性能及作用外,还

要考虑其对复合材料界面性能的影响,才能使得到的复合材料的性能

达到最优。

4.成型加工方法对植物纤维复合材料的性能影响

5.植物纤维复合材料

与植与玻璃纤维、碳纤维等传统的增强材料相比,植物纤维增强

复合材料的力学性能偏低,不适合作承受较大载荷的结构体,只适合

作为承受一般载荷的日用生活品的结构材料,但该材料可减少环境污染。总的来说,国际上和国内对于植物纤维增强复合材料的研究相对

于对高性能化学纤维增强复合材料的研究还是非常落后的,对植物纤

维增强复合材料的成熟研究和具体应用还很少。

植物纤维与普通高分子复合材料的制备相似,植物纤维/可生物降解塑料生物质复合材料制备所采用的复合方式有挤出法、共混捏合法、热压法、浸渍法、及层压法等。关于复合工艺的研究,往往只是

根据研究者的研究内容进行选择,而对于不同复合工艺的可行性及对

复合材料性能的影响的比较相对较少。从复合材料的性能来看,随着

纤维含量增加,复合材料的'拉伸强度、弯曲强度等通常增加,但是也

有不同结果。结果的不一致,除了与塑料材料的本身强度性能有关外,和所采用的纤维复合方式及植物纤维材料和高分子塑料的相容性也

有关系。对于植物纤维与可生物降解塑料的复合机制,除了两相界面

结合机制外,可生物降解高分子在复合材料的中结晶行为、降解机制、影响因素是更受关注的方面。

6．植物纤维复合材料的降解性