《亞麻纖維增強聚烯烴復合材料的研究》—項目簡要說明
一、項目概要及背景
塑料材料已成為當前國民經濟中不可缺少的一類重要材料，但是隨著塑料使用量及廢棄量的增加，也帶來了資源問題和對環境的污染問題。隨著“生態意識”的覺醒，人們對環境保護、衛生健康越來越重視，多年來，人們不斷地開發各種各樣的節約資源性材料及環保型材料來代替現有材料。
開發環保型塑料和具有高性能的塑料復合材料已越來越引起人們的關注。合理利用資源，可持續發展經濟決定了新材料的發展趨勢，在未來的經濟發展中，機會將更多地賦予質輕、價廉、可生物降解的材料、對環境無污染的材料及資源高效利用技術等。
本項目圍繞上述宗旨，開發亞麻纖維增強聚烯烴復合材料，服務于塑料產業和社會需求。
二、研制開發的目的和意義
亞麻纖維是一種天然高分子材料，它是天然纖維中長度最長的,纖維的結晶度、取向度、縱向彈性模量較高，很適合做樹脂基復合材料的增強體。麻纖維復合材料加工時耗能少，對加工設備的損耗小，有利于節約能源。它最突出的優點是具有生物可降解性和可再生性，這是其他任何增強材料所無法比擬的。因此，開發麻纖維作為增強材料的復合材料在環境保護和資源保護方面都有重要的意義。
作為一種較新的工程材料，亞麻/聚合物復合材料是最具潛力的一種新型材料，是當今高分子科學與技術領域的重要研究方向之一。亞麻/聚合物復合材料符合未來經濟發展的需要，無論從社會的環境，還是從社會的經濟和可持續發展戰略方面來考慮，都是十分必要的和迫切的，具有十分重要的意義
三、國內外相關技術發展概況和趨勢
亞麻/聚合物復合材料按基體樹脂不同可分為兩大類：亞麻/熱固性塑料復合材料和亞麻/熱塑性塑料復合材料。亞麻纖維增強熱固性樹脂主要是環氧樹脂、聚酯樹脂、酚醛樹脂和三聚氰胺樹脂等。
國內外科學家在亞麻纖維增強熱固性樹脂復合材料的研究中做了許多有成效性的工作。研究者將亞麻纖維與不飽和聚酯、環氧樹脂等樹脂復合，制成復合材料，并對復合材料的形態結構及力學性能進行了研究，研究結果表明復合材料拉伸和彎曲性能都得到提高，并且后者的力學性能要優于未改性的原塑料。目前亞麻纖維增強熱固性樹脂復合材料已經在國外工業化生產，國內也有小量生產。由于熱固性塑料存在加工周期長，固化后不能再熔融，同時該種復合材料密度大、易于燃燒等缺點，因此限制了其應用。
近年來，利用可以重復熔融的熱塑性塑料和天然麻纖維材料進行復合，特別是亞麻/熱塑性塑料復合材料引起了人們的重視。與亞麻/熱固性復合材料相比，亞麻/熱塑性復合材料的韌性高，抗沖擊性能好，加工周期短，可重復加工及回收利用，其應用領域不斷擴大，可應用于汽車工業、室內裝飾材料及日常生活等領域，被稱為21世紀的綠色工業材料。亞麻纖維增強的熱塑性樹脂多以聚烯烴樹脂為主。聚烯烴樹脂的主要優點是加工性能較好，成型工藝簡單，拉伸和抗沖擊性能優異，另一方面，亞麻質輕、韌性好、價格便宜，可以降低復合材料的成本。
亞麻纖維中的羥基可與基體聚合物形成強烈的分子間氫鍵、共價鍵或其他化學鍵, 而纖維中未反應的羥基在分子內或分子間形成氫鍵, 并使亞麻纖維具有親水性, 含濕率達8%～12.6%。從而引起纖維與基體聚合物之間的粘附性變差, 這樣就使纖維增強材料在使用過程中隨時間推移而解除鍵合。同時，亞麻纖維在增強C—H聚合物時, 極性的亞麻纖維很難和C—H聚合物具有相容性, 增強用纖維與基體聚合物兩種材料不相容時, 就很難形成增強復合材料。缺乏良好的界面粘結性所導致的惡果是界面張力的增加、材料多孔性和環境降解的出現。
基于亞麻/聚合物復合材料的國內外研究動態可知，目前亞麻/聚合物復合材料的制備工作仍處于研究和探索階段，有關亞麻的改性處理方法及其與基體樹脂復合的加工工藝的報道也較少，因此亞麻的表面處理技術及亞麻/聚烯烴復合材料及其制品的開發與應用研究具有重要的意義。
四、前期研制開發情況
我們經過多年對國際先進技術的跟蹤了解，結合相關學科的發展，采用不同的改性方法處理亞麻，通過共混加工工藝制備亞麻與PE、PP和PVC等不同的聚烯烴樹脂制備亞麻/聚烯烴復合材料。
復合材料的性能在很大程度上取決于組分的性能和組分間的界面相容性。亞麻纖維的不均勻性和纖維與疏水聚合物基體的不相容性, 對其在復合材料中的增強作用有不利的影響。亞麻纖維的不均勻性在于它在植物中的部位、植物生長地域和生長條件的不同而引起的組成和結構差異。
經過多年探索研究，我們可以通過對亞麻纖維進行表面改性處理來改善纖維與基體的相容性，確定了亞麻的復合表面活性劑處理、表面接枝改性處理兩種處理方法的基本參數和基本工藝。改善了纖維與基體的界面粘結性，并且復合材料的力學性能隨纖維含量的增加而升高，當亞麻纖維含量在25%時，復合材料的拉伸強度提高了30%。亞麻纖維增強聚合物不僅可以提高其抗蠕變性和耐疲勞性，拉伸性能也隨著纖維體積分數的增加而提高，纖維體積分數為50%的板材性能最優。
兩種處理方法都改變了亞麻纖維表面性質和表面自由能，改善了亞麻與PP的界面粘結性，提高了亞麻/PP復合材料的拉伸強度和沖擊強度，彎曲強度也有所提高，同時隨著處理時間的增加，提高力學性能的效果越好。
