竹塑复合材料的研究现状与发展趋势

竹塑复合材料的研究现状与发展趋势

摘要：本文讲述了竹塑复合材料的定义和特性，并阐述了竹塑复合材料的研究现状，并从复合机理、制备工艺等方面,对其加工现状以及加工中的技术难点问题进行分析,提出竹塑复合材料的发展趋势,为竹塑复合材料的研究与开发提供参考。

关键词：竹塑复合竹塑复合增强研究现状发展趋势

我国竹材资源丰富, 竹子种类和竹林面积约占世界的1/4, 竹材产量约占世界的1/3, 均居世界首位[1]。在竹材资源的加工利用中, 我国处于世界领先地位, 竹材工业化利用的比重也逐年增加。然而由于竹材具有壁薄中空、组织结构不均匀及易发生虫蛀和霉变等缺点, 导致其加工利用率不高, 严重制约了竹材资源的综合加工利用。因此, 大力开发竹质复合材料, 赋予其更多的功能，拓宽其使用空间, 对实现我国竹材工业的可持续发展具有十分重要的意义[2]。1 竹塑复合材料

1.1 定义

竹塑复合材料（B a m b o o - p l a s t i c Composites，缩写BPC）是以竹锯末、竹屑、竹渣等竹纤维为主要原料，利用高分子化学界面融合原理和增强填充改性的特点，配混一定比例的塑料基料，辅以适当的加工助剂，经特殊工艺处理后加工成型的一种具有可逆循环的多种用途的新型材料[3]。

1.2 特性

该种材料表面光洁，质地密实，既克服了木材强度低和变异性等使用局限性，又克服了有机材料模量低等缺点，具有较好的力学及吸

音性能[4]，且其耐腐蚀，抗虫蛀，吸水性小，易回收，是一种新型的代木环保材料。

对其进行深入研究有利于缓解目前木材资源紧缺和塑料废弃物污染等严重问题，且用途及市场前景非常广阔，可广泛应用于建筑、包装、运输和家装等领域[5]。

2 竹塑复合材料的研究

2.1竹材层积塑料研究

竹材层积塑料是以旋切竹材单板为组元, 在浸注热固性树脂后, 通过热压工艺制得的竹塑复合材料。若按照不同的纤维方向配置板坯中的各单板层, 就可以制得力学性能不同的竹材层积塑料。竹材层积塑料具有质量轻、强度高、耐磨及绝缘性能好等特征, 可广泛用于制造风扇叶片、滑道、轴承和无声齿轮等。

2.2竹塑复合材料板研究

利用竹纤维与热塑性塑料进行复合制成的竹塑复合板材, 具有机械性能好、材料收缩与扭曲小、无污染物生成, 防水、抗虫蛀、抗霉变等优点, 彻底解决了传统人造板生产中使用胶粘剂产生的甲醛释放问题，适应21世纪材料复合化与环境协调性的要求，符合发展经济与生态安全的迫切需要。模压成型是竹塑复合板生产过程中极其重要的环节，模压成型的成功与否决定了产品质量的优劣和最终用途。

福建农林大学李正红、黄祖泰等人对竹塑复合材料地板基材模压成型工艺参数优选进行了研究，取得了很大进展[6]。此外，中南林业科技大学的刘德桃等人进行了一系列的竹塑复合材料板加工工艺的研究。

由安吉中源工艺品有限公司与浙江大学合作开发的新型竹塑复合板材项目，利用现代生物技术采用专门配制的反应引发剂对65%～85%的竹材废料进行预塑处理，把竹材的极性尽可能地消除，然后与废旧热塑性材料及相关助剂经高速混合、干燥、挤出成型、表面技术处理等工序制得。不需要任何粘合剂生产出新型竹塑复合板材，实现了竹材废料的深度转化，年产3500吨竹塑地板可消耗竹材废料3000吨。经高温挤压，产品的长度、宽度、厚度、花色可随意调配，产品强度和硬度高，不变形，不含甲醛，符合国家循环经济政策。

竹塑复合板材的批量生产彻底改变了竹地板仅用于室内装修的历史。由于产品适用性广，克服了当前板材的耐用性差、易潮、易腐、易蛀等缺点，可以成为室外园林、户外铺板等领域产品。同时，与目前生产的竹地板最大的区别在于，竹塑复合地板可以实现回收再利用[7]。

2.3户外用高性能环保型竹塑复合材料研究

黄山学院应用化学研究所研究员任兵杰，陈宇翔，方红霞等人通过对竹纤维素微粉及竹纤维的改性，获得了氨酯化改性竹纤维素微粉（氨酯化BCMP）和马来酸酐改性竹纤维（MAH-BF）。使用改性后的纤维与HDPE进行复合，获得了能满足户外应用要求的高性能环保型竹塑复合材料。

改性后的产品的主要性能均要优于目前市售的工业改良型的木塑和竹塑复合材料，且生产成本更低。氨酯化BCMP竹塑复合材料的突出优点在于其抗氧化老化性能，为市售木塑复合材料的2倍。MAH-BF竹塑复合材料的突出优点在于其耐沸水性能优异，经沸水煮后，质量及厚度增加百分率仅为市售木塑复合材料的1/4。以上两种材料，有望应用于户外用高性能复合材料领域[8]。

2.4竹塑复合材料的其他研究

目前国内外对竹塑复合材料进行的界面改性研究，主要是通过改性竹纤维或

添加界面改性剂的方法进行。主要的化学改性方法有：加入相容剂，加入偶联剂，共聚接枝改性等。竹纤维的化学改性主要是将纤维素表面的羟基反应掉，形成化学键。利用化学处理方法可以达到减少纤维表面羟基基团的目的,或通过化学的方法使木质聚合物高分子和基体树脂间产生交联。新结构的稳定性取决于形成键的性质，主要影响材料的力学特性和吸附性。

福建农林大学攻克了竹纤维在塑料基体中分散性、相容性等关键技术, 研制出以竹材加工剩余物、小径竹爆破纤维为增强材料, 以尼龙、聚丙烯等为基体的复合材料。科技人员研发了适合于竹纤维增强塑料的相容剂和喂料设备, 采用注塑、热压成型等工艺制造出高纤维含量复合板材、异型材系列产品。这种竹塑复合板的性能接近或达到国外玻纤增强PP复合材料的性能[9]。

南京林业大学李大纲联合遵义市生产力促进中心和贵州新锦竹木制品有限公司对楠竹/新PE、楠竹/回收PE、杂竹/回收PE 3种竹塑复合材料吸水性能进行了研究，结果表明：（1）温度是影响竹塑复合材料吸水厚度膨胀率和吸水率的主要因素之一。(2) 3种竹塑复合材料厚度方向吸水膨胀性和吸水率表现为：杂竹/回收PE材料吸水膨胀性最大，楠竹/新PE次之，楠竹/回收PE最小。（3）杂竹/回收PE在80℃时的吸水率是室温下的3.5倍；楠竹/新PE和楠竹/回收PE在80℃条件下的吸水率均是室温下的3倍。（4）楠竹/回收PE在80℃水浴中的厚度方向吸水膨胀率是55℃下的1.4倍，是室温下的2倍；楠竹