一 : 复合材料论文
太原工业学院聚合物复合材料结课论文
聚合物复合材料论文
题目
班级
学号
姓名
碳纤维增强双酚A型环氧树脂复合材料的研究 1020741 12 高峰
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太原工业学院聚合物复合材料结课论文
碳纤维增强双酚A型环氧树脂复合材料的研究
摘要：碳纤维（CF）增强树脂基复合材料（CFRP）是先进复合材料的典型代表，具有密度小、力学性能优异、耐热、耐低温等优点，在航空航天、军事、汽车、体育等领域具有重要的应用前景，但是碳纤维表面光滑呈惰性，与树脂基体的界面粘结性差，限制了CFRP复合材料性能的发挥。针对这一问题，本文采用PAN基碳纤维和双酚A型环氧树脂作为复合材料的增强相和树脂基体，展开CF的表面处理及其CFRP复合材料界面性能的研究。本文采用氨水处理和浓HNO3处理碳纤维表面，通过单丝拔出实验测试复合材料的界面结合强度来表征复合材料的界面粘结性能，并分析了机械锚定和化学键合两种作用共同出现并对复合材料界面性能起改善作用时，两个因素之间的关系，以及起主导作用的因素，对碳纤维与树脂间相容性机理的研究具有知道作用。
关键词：碳纤维；环氧树脂；复合材料；表面处理；界面性能
1、引言
1.1碳纤维概述
碳纤维是有机纤维在惰性气氛中经高温碳化和石墨化制成的纤维状碳，是一种高性能的先进非金属材料。根据原料不同，碳纤维可分为聚丙烯腈（PAN）系碳纤维、沥青系碳纤维、黏胶系碳纤维、人造丝系碳纤维等。其中聚丙烯腈基碳纤维综合性能最好，产量占碳纤维总产量的90％以上。由于原料及制法不同，所得碳纤维的性能也不一样。根据力学性能的不同，碳纤维可分为超高强度碳纤维（UHS）、高强度碳纤维（HS）、超高模量碳纤维（UHM）、高模量碳纤维（HM）、中等模量碳纤维（MM）、普通碳纤维等等。
我国对碳纤维的研究始于20世纪60年代，80年代开始研究高强型碳纤维。目前，利用自主技术研制的少数国产T300、T700碳纤维产品已经达到国际同类产品水品。但是与国际水平相比，国产碳纤维强度低、平均稳定性差、毛丝多、品种单一且价格昂贵，而且国内碳纤维总生产能力较小，不能满足国内的需要，仍需大量进口。这些都严重影响了我国高新技术的发展，尤其制约了航空航天及国防军工事业的发展，与我国的经济发展进程不相称。所以研制生产高性能和高质量的碳纤维以满足军工和民用产品的需求，扭转大量进口的局面，是当前我国碳纤维工业发展的迫切任务。
碳纤维具有石墨的基本结构，但不是理想的石墨点阵结构，而是所谓的乱层石墨结构。在碳纤维形成过程中，其表面会形成各种微小的缺陷，碳纤维的表面活性与处于边缘和缺陷位置的碳原子数目有关。碳纤维的密度小，质量轻，相当于钢密度的1/4，铝合金密度的1/2；具有优异的力学性能，热稳定性优良等优点。
1.2碳纤维复合材料
尽管碳纤维单独使用发挥某些功能，但它属于脆性材料，只有将它基体材料牢固地结合在一起时，才能有效发挥其优异的力学性能。因此，碳纤维主要用作复合材料中的增强相。目前用途最广的是碳纤维增强树脂基复合材料。主要分为两大类：一类是热固性树脂，另一类是热塑性树脂。热固性树脂由反应性低分子量预聚体或带有活性基团高分子量聚合物组成；成型过程中，在固化剂或热作用下进行交联、缩聚，形成不熔不溶的交联体型结构。在复合材料中常采用的有环氧树脂、双马来酰亚胺树脂、聚酰亚胺树脂以及酚醛树脂等。热塑性树脂由线型高分子量聚合物组成，在一定条件下溶解熔融，只发生物理变化。常用的有聚乙烯、尼龙、聚四氟乙烯等。
与传统材料相比，碳纤维增强树脂基复合材料具有耐高温、耐腐蚀、质量轻、机械强度高的优点，不仅在军事国防、航空航天等尖端领域，在汽车、电子电器、体育用品等民用领
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太原工业学院聚合物复合材料结课论文
域也得到了广泛的应用。
1.3复合材料的界面
复合材料的界面是由复合材料中增强材料表面与基体材料表面相互作用形成的。它不是简单的几何平面，而是包含着两相之间的过渡区域的三维界面相，界面相内的化学组成、分子排列、热性能、力学性能呈现连续梯度性变化。界面相很薄，是准微观的，它的结构由增强材料与基体材料表面的组成及二者之间的反应性能决定的。在两相复合过程中，会出现热应力、界面化学效应和界面结晶效应，这些效应对复合材料的宏观性能产生直接的影响。
对于纤维树脂基复合材料，其界面的形成可以分为两个阶段，第一阶段是基体与增强纤维的接触与浸润过程。这一过程主要取决于纤维和基体的表面自由能，具有高表面自由能的纤维与基体浸润性好，粘结界面可形成大的分子间作用力，因此具有高地粘结强度；第二阶段是纤维与基体间通过相互作用来使界面固定下来，形成固定的界面层。这一阶段受第一阶段的影响，同时也直接决定着所形成界面层的结构。
2、界面层的作用机理简介
在组成复合材料的两相中，一般总有一相以溶液或熔融的流动状态与另一相接触，然后经固化反应使两相结合在一起形成复合材料。在这一过程中，两相间的作用机理一直是人们所关心的问题。目前，有关复合材料界面作用机理主要有以下几种理论：
2.1机械粘结理论
机械粘结理论认为纤维表面存在高低不平的峰谷和细微的孔洞结构，当树脂基体填充并固结后，树脂和纤维表面产生机械性的互锁现象，而此种粘接作用的强弱与纤维表面的粗糙程度及树脂基体在复合材料制备过程中对于纤维的润湿性大小有很大的关联。
2.2化学键合理论
化学键合理论认为要使纤维与树脂基体间实现有效的粘结，两相的表面应含有能相互发生化学反应的活性基团，通过官能团的反应以化学键结合形成界面。若两相之间不能直接进行化学反应，也可通过偶联剂的媒介作用以化学键的方式互相结合。表面处理在纤维表面引入-COOH、-OH等活性基团，使纤维与树脂基体在界面形成化学键，提高了纤维与树脂基体的反应能力与粘结强度。目前，化学键合理论是应用最广也是应用最成功的理论，但是有些现象难以用化学键合理论做出令人满意的解释。
2.3过渡层理论
复合材料成型时基体和增强体的热膨胀系数相差很大，在固化过程中，二者界面上就会产生附加应力，此处成型时固化收缩也会产生内应力。过渡层理论认为在基体和增强体的界面存在一个过渡层，可以起到应力松弛的作用。一种理论认为过渡层是塑性层，塑性层的形变能起到松弛应力的作用。另一种理论认为过渡层是模量介于基体和增强体之间的界面层，它能起到平均传递应力的作用。
2.4扩散理论
扩散理论是由Borozncui首先提出的。该理论认为高聚物间的相互粘结是由表面大分子相互扩散所致，即两相的分子链互相扩散、渗透、缠结而形成界面层，从而有利于提高界面粘结强度。扩散理论有很大局限性，例如，高聚物粘结剂与无机物之间显然不会发生界面扩散问题。
2.5静电理论
静电理论认为所有的粘结现象大部分可解释为界面上的电荷转移而产生电双层，两个接触的表面各带不同的正负电荷，就如同化学酸碱反应或键结合离子作用，此种结合力量的大小视电荷的密度而定，这种作用在玻璃纤维复合材料中，对添加偶联剂而言是非常重要的，硅烷类偶联剂即可能造成正负离子的效应，使得电荷相互吸引而达到粘结的目的。但静电理
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论不能解释温度，湿度及其它各种因素对粘结强度的影响。
2.6摩擦理论
摩擦理论认为，基体与增强材料界面的形成完全是由于摩擦作用，基体与增强材料间的摩擦系数决定了复合材料的强度。处理剂的作用在于增加了基体与增强材料间的摩擦系数，从而使复合材料的强度提高。该理论可较好的解释复合材料界面受水等小分子物质浸入后强度下降，干燥后强度又能部分恢复现象。水等小分子浸入界面使基体与增强材料间的摩擦因数减小，界面传递应力的能力减弱，故强度降低。干燥后界面水分减少，基体与增强材料间的摩擦因数增大，传递应力的能力增加，故强度部分恢复。
复合材料的基体与增强材料间界面的形成和破坏是一个极其复杂的物理和化学过程，目前人们对界面的认识还不够深入，还没有一种理论能完善的解释各种界面现象，界面理论还有待进一步发展和完善。
3、氨水和浓HNO3对碳纤维表面处理及其增强环氧树脂界面性能研究
3.1氨水改性碳纤维及其增强环氧树脂复合材料界面性能研究实验部分
碳纤维表面光滑且呈化学惰性，与基体浸润性差，不能与基体进行有效粘合。因此，要获得界面结合性能优良的碳纤维复合材料，必须对其进行表面处理，通过表面处理可以改善碳纤维的表面浸润性，产生适合于粘结的表面形态，从而提高复合材料的界面结合性能。
复合材料界面性能的提高主要归功于纤维表面粗糙度的增大和纤维表面极性官能团的增多这两个因素。在对纤维进行表面处理时，这两个因素往往同时出现并对复合材料的界面性能的改善同时起作用，这两个因素之间的关系，以及是否存在对复合材料界面性能的提高起主要作用的因素，目前尚没有被弄清楚，这就需要对这两个影响因素进行分别研究。
实验中选用PAN基碳纤维和双酚A型环氧树脂作为复合材料的增强体和树脂基体，采用氨水处理方法对碳纤维表面进行改性。考察在24h、48h、72h、96h、120h不同处理时间下，对碳纤维增强环氧树脂复合材料的界面粘结性能的影响进行了研究。
3.2结果与讨论
界面结合强度（IFSS）是评价增强纤维与树脂基体界面粘结好坏的一个重要性能。我采用单丝拔出实验的方法得到碳纤维增强环氧树脂复合材料的界面结合强度，并研究了表面粗糙度对碳纤维增强环氧树脂复合材料界面粘结性能的影响。图3-1为A-CF/EP复合材料的界面结合强度。
由图3-1可见，A-CF/EP复合材料的界面结合强度均高于CF/EP复合材料的界面结合强度，处理时间分别为24h、48h、72h、96h时，界面结合强度分别提高了2.4%、5.2%、30.3%和31.9%，处理时间为120h时，复合材料的界面结合强度提高幅度最大，提高了55.0%。这是因为氨水处理碳纤维的刻蚀作用在其表面上形成了分子尺寸的刻蚀坑，大大提高了碳纤维表面的粗糙度和增大了其比表面积。当碳纤维与环氧树脂复合时，环氧树脂填充到碳纤维表面的刻蚀孔洞，冷却后碳纤维与环氧树脂之间就生成了凹凸不平、犬牙交错的界面，从而产生良好的机械锚定效应，使得复合材料的界面粘结强度得到增大。虽然长时间处理使纤维的单丝拉伸强度有所下降，但是复合材料界面粘结的增强有利于外界应力在纤维和树脂基体之间的传递，所以处理后A-CF/EP复合材料的界面结合强度仍然提高了。
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图3-1 A-CF/EP复合材料的界面结合强度
3.3浓HNO3改性碳纤维及其增强环氧树脂复合材料界面性能研究实验部分
研究了纤维表面粗糙度的增大和纤维表面极性官能团的增多这两个因素同时存在时，如何共同对碳纤维增强环氧树脂复合材料界面性能的提高起作用，还探讨了这两个因素之间的关系以及哪一个因素对复合材料界面性能的提高起主导作用。实验中选用PAN基碳纤维和双酚A型环氧树脂作为复合材料的增强体和树脂基体，采用浓HNO3处理方法对碳纤维表面进行改性。考察在10min、20min、30min、60min、90min、4h、10h不同处理时间下，对碳纤维增强环氧树脂复合材料的界面粘结性能的影响因素进行了研究。
3.4结果与讨论
图3-2为浓HNO3处理时间对碳纤维增强环氧树脂复合材料的界面结合强度的影响。从图中可以看出，随着浓HNO3处理时间的增加，复合材料的界面结合强度呈现先增加后减小的趋势，在处理时间为90min时达到最大值44.5MPa，与CF相比增加了77.2%。
随浓HNO3时间增加，复合材料的界面结合强度呈现先增加后减小的趋势，在处理时间为90min时达到最大值44.5MPa，与CF相比增加了77.2%。纤维表面粗糙程度变化不大时，表面含氧活性官能团的数量迅速增加，已经可以与树脂基体在界面形成很强的化学粘结，但是在浓HNO3下处理10min和20min时的复合材料的界面结合强度与未处理的相比，增加幅度并不大，分别为2.4%和4.8%，这说明在浓HNO3处理碳纤维时起到的物化双效作用中，机械锚定作用对复合材料的界面粘结起主导作用。
图3-2 N-CF/EP复合材料的界面结合强度
4、结论
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本文分别采用氨水和浓HNO3对碳纤维进行了两种不同性质的表面处理，研究了两种处理方法对碳纤维表面特性对其增强环氧树脂复合材料界面性能的影响，得出以下结论：
1） 氨水处理以刻蚀作用为主，能使碳纤维表面粗糙度有不同程度的增加，但表面化学活性
不受影响。
2） 浓HNO3处理起物化双效的作用，可以同时增加碳纤维表面粗糙度和表面活性挂能团的
数量。
3） 长时间氨水处理可以使碳纤维增强环氧树脂复合材料的界面形成更好地机械锚定作用，
在氨水处理120h时复合材料有最好的界面结合强度；浓HNO3处理使纤维相和树脂相二者间的化学键合和机械锚定两种界面作用力得到增强，这时机械锚定作用对复合材料的界面粘结起主导作用，处理90min时复合材料的界面结合最佳，界面结合强度为44.5MPa；虽然A-CF120的表面粗糙程度高于N-CF90，但其复合材料的界面粘结强度低，说明虽然EP分子嵌入碳纤维表面的空隙形成机械粘结有利于增加复合材料的粘结强度，但机械的嵌合缺乏足够的柔性，在承受载荷时容易发生脆断。
参考文献：
【1】
【2】
【3】
【4】
【5】
【6】
【7】
【8】 杨序纲.复合材料界面[M].化学工业出版社.2010,8 周玉，武高辉.材料分析测试技术[M].哈尔滨工业大学出版社.2007,7 赵玉庭，姚希曾.复合材料聚合物基体[M]武汉理工大学出版社.2008,1 曾金芳，王庭武.纤维表面处理对碳纤维复合材料剪切性能影响[J].固体火箭技术，2002,25（4） 胡福增，郑安呐，张群安.聚合物及其复合材料的表界面[M].北京：中国轻工业出版社，2001 刘丽，傅宏俊，黄玉东，杨明.碳纤维表面处理及其对碳纤维/聚芳基乙炔复合材料力学性能的影响[M].航空材料学报，2005,25 熊杰，萧庆亮.碳纤维表面处理对环氧树脂复合材料界面结合的影响[J].材料工程，2007,7（3）：274-280 闻荻江.复合材料原理[M].武汉理工大学出版社.2006,7
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二 : 复合材料论文
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题目
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碳纤维增强双酚A型环氧树脂复合材料的研究 1020741 12 高峰
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复合材料论文 复合材料论文
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碳纤维增强双酚A型环氧树脂复合材料的研究
摘要：碳纤维（CF）增强树脂基复合材料（CFRP）是先进复合材料的典型代表，具有密度小、力学性能优异、耐热、耐低温等优点，在航空航天、军事、汽车、体育等领域具有重要的应用前景，但是碳纤维表面光滑呈惰性，与树脂基体的界面粘结性差，限制了CFRP复合材料性能的发挥。（www.61k.com］针对这一问题，本文采用PAN基碳纤维和双酚A型环氧树脂作为复合材料的增强相和树脂基体，展开CF的表面处理及其CFRP复合材料界面性能的研究。本文采用氨水处理和浓HNO3处理碳纤维表面，通过单丝拔出实验测试复合材料的界面结合强度来表征复合材料的界面粘结性能，并分析了机械锚定和化学键合两种作用共同出现并对复合材料界面性能起改善作用时，两个因素之间的关系，以及起主导作用的因素，对碳纤维与树脂间相容性机理的研究具有知道作用。
关键词：碳纤维；环氧树脂；复合材料；表面处理；界面性能
1、引言
1.1碳纤维概述
碳纤维是有机纤维在惰性气氛中经高温碳化和石墨化制成的纤维状碳，是一种高性能的先进非金属材料。根据原料不同，碳纤维可分为聚丙烯腈（PAN）系碳纤维、沥青系碳纤维、黏胶系碳纤维、人造丝系碳纤维等。其中聚丙烯腈基碳纤维综合性能最好，产量占碳纤维总产量的90％以上。由于原料及制法不同，所得碳纤维的性能也不一样。根据力学性能的不同，碳纤维可分为超高强度碳纤维（UHS）、高强度碳纤维（HS）、超高模量碳纤维（UHM）、高模量碳纤维（HM）、中等模量碳纤维（MM）、普通碳纤维等等。
我国对碳纤维的研究始于20世纪60年代，80年代开始研究高强型碳纤维。目前，利用自主技术研制的少数国产T300、T700碳纤维产品已经达到国际同类产品水品。但是与国际水平相比，国产碳纤维强度低、平均稳定性差、毛丝多、品种单一且价格昂贵，而且国内碳纤维总生产能力较小，不能满足国内的需要，仍需大量进口。这些都严重影响了我国高新技术的发展，尤其制约了航空航天及国防军工事业的发展，与我国的经济发展进程不相称。所以研制生产高性能和高质量的碳纤维以满足军工和民用产品的需求，扭转大量进口的局面，是当前我国碳纤维工业发展的迫切任务。
碳纤维具有石墨的基本结构，但不是理想的石墨点阵结构，而是所谓的乱层石墨结构。在碳纤维形成过程中，其表面会形成各种微小的缺陷，碳纤维的表面活性与处于边缘和缺陷位置的碳原子数目有关。碳纤维的密度小，质量轻，相当于钢密度的1/4，铝合金密度的1/2；具有优异的力学性能，热稳定性优良等优点。
1.2碳纤维复合材料
尽管碳纤维单独使用发挥某些功能，但它属于脆性材料，只有将它基体材料牢固地结合在一起时，才能有效发挥其优异的力学性能。因此，碳纤维主要用作复合材料中的增强相。目前用途最广的是碳纤维增强树脂基复合材料。主要分为两大类：一类是热固性树脂，另一类是热塑性树脂。热固性树脂由反应性低分子量预聚体或带有活性基团高分子量聚合物组成；成型过程中，在固化剂或热作用下进行交联、缩聚，形成不熔不溶的交联体型结构。在复合材料中常采用的有环氧树脂、双马来酰亚胺树脂、聚酰亚胺树脂以及酚醛树脂等。热塑性树脂由线型高分子量聚合物组成，在一定条件下溶解熔融，只发生物理变化。常用的有聚乙烯、尼龙、聚四氟乙烯等。
与传统材料相比，碳纤维增强树脂基复合材料具有耐高温、耐腐蚀、质量轻、机械强度高的优点，不仅在军事国防、航空航天等尖端领域，在汽车、电子电器、体育用品等民用领
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复合材料论文 复合材料论文
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域也得到了广泛的应用。（www.61k.com）
1.3复合材料的界面
复合材料的界面是由复合材料中增强材料表面与基体材料表面相互作用形成的。它不是简单的几何平面，而是包含着两相之间的过渡区域的三维界面相，界面相内的化学组成、分子排列、热性能、力学性能呈现连续梯度性变化。界面相很薄，是准微观的，它的结构由增强材料与基体材料表面的组成及二者之间的反应性能决定的。在两相复合过程中，会出现热应力、界面化学效应和界面结晶效应，这些效应对复合材料的宏观性能产生直接的影响。
对于纤维树脂基复合材料，其界面的形成可以分为两个阶段，第一阶段是基体与增强纤维的接触与浸润过程。这一过程主要取决于纤维和基体的表面自由能，具有高表面自由能的纤维与基体浸润性好，粘结界面可形成大的分子间作用力，因此具有高地粘结强度；第二阶段是纤维与基体间通过相互作用来使界面固定下来，形成固定的界面层。这一阶段受第一阶段的影响，同时也直接决定着所形成界面层的结构。
2、界面层的作用机理简介
在组成复合材料的两相中，一般总有一相以溶液或熔融的流动状态与另一相接触，然后经固化反应使两相结合在一起形成复合材料。在这一过程中，两相间的作用机理一直是人们所关心的问题。目前，有关复合材料界面作用机理主要有以下几种理论：
2.1机械粘结理论
机械粘结理论认为纤维表面存在高低不平的峰谷和细微的孔洞结构，当树脂基体填充并固结后，树脂和纤维表面产生机械性的互锁现象，而此种粘接作用的强弱与纤维表面的粗糙程度及树脂基体在复合材料制备过程中对于纤维的润湿性大小有很大的关联。
2.2化学键合理论
化学键合理论认为要使纤维与树脂基体间实现有效的粘结，两相的表面应含有能相互发生化学反应的活性基团，通过官能团的反应以化学键结合形成界面。若两相之间不能直接进行化学反应，也可通过偶联剂的媒介作用以化学键的方式互相结合。表面处理在纤维表面引入-COOH、-OH等活性基团，使纤维与树脂基体在界面形成化学键，提高了纤维与树脂基体的反应能力与粘结强度。目前，化学键合理论是应用最广也是应用最成功的理论，但是有些现象难以用化学键合理论做出令人满意的解释。
2.3过渡层理论
复合材料成型时基体和增强体的热膨胀系数相差很大，在固化过程中，二者界面上就会产生附加应力，此处成型时固化收缩也会产生内应力。过渡层理论认为在基体和增强体的界面存在一个过渡层，可以起到应力松弛的作用。一种理论认为过渡层是塑性层，塑性层的形变能起到松弛应力的作用。另一种理论认为过渡层是模量介于基体和增强体之间的界面层，它能起到平均传递应力的作用。
2.4扩散理论
扩散理论是由Borozncui首先提出的。该理论认为高聚物间的相互粘结是由表面大分子相互扩散所致，即两相的分子链互相扩散、渗透、缠结而形成界面层，从而有利于提高界面粘结强度。扩散理论有很大局限性，例如，高聚物粘结剂与无机物之间显然不会发生界面扩散问题。
2.5静电理论
静电理论认为所有的粘结现象大部分可解释为界面上的电荷转移而产生电双层，两个接触的表面各带不同的正负电荷，就如同化学酸碱反应或键结合离子作用，此种结合力量的大小视电荷的密度而定，这种作用在玻璃纤维复合材料中，对添加偶联剂而言是非常重要的，硅烷类偶联剂即可能造成正负离子的效应，使得电荷相互吸引而达到粘结的目的。但静电理
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论不能解释温度，湿度及其它各种因素对粘结强度的影响。(www.61k.com］
2.6摩擦理论
摩擦理论认为，基体与增强材料界面的形成完全是由于摩擦作用，基体与增强材料间的摩擦系数决定了复合材料的强度。处理剂的作用在于增加了基体与增强材料间的摩擦系数，从而使复合材料的强度提高。该理论可较好的解释复合材料界面受水等小分子物质浸入后强度下降，干燥后强度又能部分恢复现象。水等小分子浸入界面使基体与增强材料间的摩擦因数减小，界面传递应力的能力减弱，故强度降低。干燥后界面水分减少，基体与增强材料间的摩擦因数增大，传递应力的能力增加，故强度部分恢复。
复合材料的基体与增强材料间界面的形成和破坏是一个极其复杂的物理和化学过程，目前人们对界面的认识还不够深入，还没有一种理论能完善的解释各种界面现象，界面理论还有待进一步发展和完善。
3、氨水和浓HNO3对碳纤维表面处理及其增强环氧树脂界面性能研究
3.1氨水改性碳纤维及其增强环氧树脂复合材料界面性能研究实验部分
碳纤维表面光滑且呈化学惰性，与基体浸润性差，不能与基体进行有效粘合。因此，要获得界面结合性能优良的碳纤维复合材料，必须对其进行表面处理，通过表面处理可以改善碳纤维的表面浸润性，产生适合于粘结的表面形态，从而提高复合材料的界面结合性能。
复合材料界面性能的提高主要归功于纤维表面粗糙度的增大和纤维表面极性官能团的增多这两个因素。在对纤维进行表面处理时，这两个因素往往同时出现并对复合材料的界面性能的改善同时起作用，这两个因素之间的关系，以及是否存在对复合材料界面性能的提高起主要作用的因素，目前尚没有被弄清楚，这就需要对这两个影响因素进行分别研究。
实验中选用PAN基碳纤维和双酚A型环氧树脂作为复合材料的增强体和树脂基体，采用氨水处理方法对碳纤维表面进行改性。考察在24h、48h、72h、96h、120h不同处理时间下，对碳纤维增强环氧树脂复合材料的界面粘结性能的影响进行了研究。
3.2结果与讨论
界面结合强度（IFSS）是评价增强纤维与树脂基体界面粘结好坏的一个重要性能。我采用单丝拔出实验的方法得到碳纤维增强环氧树脂复合材料的界面结合强度，并研究了表面粗糙度对碳纤维增强环氧树脂复合材料界面粘结性能的影响。图3-1为A-CF/EP复合材料的界面结合强度。
由图3-1可见，A-CF/EP复合材料的界面结合强度均高于CF/EP复合材料的界面结合强度，处理时间分别为24h、48h、72h、96h时，界面结合强度分别提高了2.4%、5.2%、30.3%和31.9%，处理时间为120h时，复合材料的界面结合强度提高幅度最大，提高了55.0%。这是因为氨水处理碳纤维的刻蚀作用在其表面上形成了分子尺寸的刻蚀坑，大大提高了碳纤维表面的粗糙度和增大了其比表面积。当碳纤维与环氧树脂复合时，环氧树脂填充到碳纤维表面的刻蚀孔洞，冷却后碳纤维与环氧树脂之间就生成了凹凸不平、犬牙交错的界面，从而产生良好的机械锚定效应，使得复合材料的界面粘结强度得到增大。虽然长时间处理使纤维的单丝拉伸强度有所下降，但是复合材料界面粘结的增强有利于外界应力在纤维和树脂基体之间的传递，所以处理后A-CF/EP复合材料的界面结合强度仍然提高了。
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复合材料论文 复合材料论文
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图3-1 A-CF/EP复合材料的界面结合强度
3.3浓HNO3改性碳纤维及其增强环氧树脂复合材料界面性能研究实验部分
研究了纤维表面粗糙度的增大和纤维表面极性官能团的增多这两个因素同时存在时，如何共同对碳纤维增强环氧树脂复合材料界面性能的提高起作用，还探讨了这两个因素之间的关系以及哪一个因素对复合材料界面性能的提高起主导作用。（www.61k.com]实验中选用PAN基碳纤维和双酚A型环氧树脂作为复合材料的增强体和树脂基体，采用浓HNO3处理方法对碳纤维表面进行改性。考察在10min、20min、30min、60min、90min、4h、10h不同处理时间下，对碳纤维增强环氧树脂复合材料的界面粘结性能的影响因素进行了研究。
3.4结果与讨论
图3-2为浓HNO3处理时间对碳纤维增强环氧树脂复合材料的界面结合强度的影响。从图中可以看出，随着浓HNO3处理时间的增加，复合材料的界面结合强度呈现先增加后减小的趋势，在处理时间为90min时达到最大值44.5MPa，与CF相比增加了77.2%。
随浓HNO3时间增加，复合材料的界面结合强度呈现先增加后减小的趋势，在处理时间为90min时达到最大值44.5MPa，与CF相比增加了77.2%。纤维表面粗糙程度变化不大时，表面含氧活性官能团的数量迅速增加，已经可以与树脂基体在界面形成很强的化学粘结，但是在浓HNO3下处理10min和20min时的复合材料的界面结合强度与未处理的相比，增加幅度并不大，分别为2.4%和4.8%，这说明在浓HNO3处理碳纤维时起到的物化双效作用中，机械锚定作用对复合材料的界面粘结起主导作用。
图3-2 N-CF/EP复合材料的界面结合强度
4、结论
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本文分别采用氨水和浓HNO3对碳纤维进行了两种不同性质的表面处理，研究了两种处理方法对碳纤维表面特性对其增强环氧树脂复合材料界面性能的影响，得出以下结论：
1） 氨水处理以刻蚀作用为主，能使碳纤维表面粗糙度有不同程度的增加，但表面化学活性
不受影响。（www.61k.com］
2） 浓HNO3处理起物化双效的作用，可以同时增加碳纤维表面粗糙度和表面活性挂能团的
数量。
3） 长时间氨水处理可以使碳纤维增强环氧树脂复合材料的界面形成更好地机械锚定作用，
在氨水处理120h时复合材料有最好的界面结合强度；浓HNO3处理使纤维相和树脂相二者间的化学键合和机械锚定两种界面作用力得到增强，这时机械锚定作用对复合材料的界面粘结起主导作用，处理90min时复合材料的界面结合最佳，界面结合强度为44.5MPa；虽然A-CF120的表面粗糙程度高于N-CF90，但其复合材料的界面粘结强度低，说明虽然EP分子嵌入碳纤维表面的空隙形成机械粘结有利于增加复合材料的粘结强度，但机械的嵌合缺乏足够的柔性，在承受载荷时容易发生脆断。
参考文献：
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三 : 复合材料毕业论文
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木塑复合材料的研究及其发展前景 摘 要
木塑复合材料（WPC）是国内外近年蓬勃兴起的一类新型复合材料，它是以木 纤维或植物纤维为主要组分，经过预处理使之与热塑性树脂或其它材料复合而成 的一种新型材料。这种复合材料具有能够充分发挥材料中各组分的优势，克服单 一材料的缺点，不仅改进材料的物理力学性能和加工性能，降低成本、扩
大应用 范围，还提高了材料的附加值，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，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—5 倍。所以，木塑复合材料具有优异的综合性能及广阔的应用 前景。本文就该材料的目前国内外研究状况介绍了木塑复合材料的种类、生产工 艺，该材料的适用范围及其力学性能，以及国内外木塑复合材料制品的发展现状 和市场前景。
关键词：木塑复合材料, 性能, 发展前景
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Wood-plastic composites and their development prospects ABSTRACT
Wood-plastic composites (WPC) is at home and abroad have mushroomed in recent years a new class of composite materials, it is kind of the thermoplastic resin or other materials compounded by wood fiber or fibers as the main component, after pretreatmentnew material. This composite material has to be able to give full play to the advantage of the various components of the material, to overcome the shortcomings of a single material, not only to improve the physical and mechanical properties and processing properties of the materials, reduce costs, expand the range of applications, but also the added value of the materials, wood composite materials containing plastic, so they have a good elastic modulus. In addition, because the mixing of containing fibers with plastic, and thus has considerable compressive strength and the hardwood, resistance to bending and other physical and mechanical properties and its durability is superior to ordinary wood materials. High surface hardness, is generally 2-5 times that of wood. Therefore, the wood-plastic composite material has excellent overall performance and broad application prospects. This article in respect of materials of the present research status of the species of wood-plastic composite materials, production processes, the scope of application of the material and its mechanical properties, as well as domestic and international wood-plastic composite material development status and market outlook.
KEY WORDS: wood-plastic composite materials, performance,development prospects
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目
前
录
言 ................................................................................................ 1 1.1 1.2 木塑复合材料的定义 ........................................................ 2 木塑复合材料的组成及分类 ............................................. 2 1.2.1 木塑材料的组成 .......................................................... 2 1.2.2 木塑材料的分类 .......................................................... 3 1.3 木塑复合材料的应用 ........................................................ 4
第 1 章 木塑复合材料概述 ............................................................... 2
第 2 章 木塑复合材料的生产工艺及性能 ........................................ 6 2.1 木塑复合材料的生产工艺 .................................................... 6 2.1 木塑复合材料的性能 ............................................................ 6 第 3 章 木塑复合材料制品发展现状 ................................................ 9 及其市场 ............................................................................................ 9 3.1 木塑复合材料发展中的问题 ................................................ 9 3.2 国内的发展现状及市场前景 ................................................ 9 3.3 国外的发展现状及市场前景 .............................................. 10 3.4 木塑复合材料的发展趋势 ................................................. 11 结 论 .............................................................................................. 13 谢 辞 ................................................................................................ 14 参考文献 .......................................................................................... 15 外文资料翻译 .................................................................................. 17
III
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前
言
随着科学技术的发展，现代社会对材料的要求更高了，既要求其有较 好的物理力学性能，对人类有亲和力，又要环保。木材是一种天然生物质 材料，自古以来被人们广泛喜爱和使用。随着我国天然林面积的减少和 “天 然林保护”政策的实施，木材资源困乏、质量下降、木材价格越来越高、木 材加工业的废弃物增多以及世界林产品需求量的增加都使得林产品工业越 来越迫切地感到需要寻找木材的替代品。而由于生产和生活水平提高，过 去被大量用于烧柴的木制品加工废弃物，如木屑、刨花、边角废料以及大 量农作物纤维如秸秆、稻糠、果壳等被严重浪费，并对环境产生极大的破 坏性影响。 据统计， 我国每年由于木材加工余下的废弃木粉量达数百万吨， 其他天然纤维如稻糠等的产量上千万吨，这些资源如能得到有效开发和利 用，价值可观。 在不断研究中人们认识到木材改性技术可以实现新的突破， 而填充改性既可以降低产品成本，又可以提高产品的使用性能，甚至赋予 木材材料全新的性能，从而使木材行业有了新的生机。 与此同时，塑料制品在生产和生活中的应用，随着经济发展越来越广 泛，因塑料废品处理不当而造成的白色污染问题已经成为一大环保难题。 有关数字表明， 在城市垃圾中， 塑料废弃物已占到垃圾总量的 25％～35％。 在我国，城市人口每年产生的废旧塑料达 240 万～280 万吨，已成为环卫 部门的严重负担。如果能将废旧塑料制品有效利用起来，将对环保和经济 发展产生巨大的推动作用。这种背景下，将木质纤维与废旧塑料经过特殊 处理合成新的材料，即木塑复合材料（Wood—polymer Composites，简称 WPC）也就应运而生了。
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第 1 章 木塑复合材料概述
1.1 木塑复合材料的定义
木塑复合材料（WPC）是以木材为主要原料（形式有锯末、木屑、竹 屑、稻壳、麦秸、大豆皮、花生壳、甘蔗渣、棉秸秆等） ，经过适当的处理 使其与各种塑料（用于木塑复合材料的热塑性塑料主要有聚氯乙烯 (PVC}， 聚 乙 烯 PEA ， 聚 丙 烯 (PPS) ， 聚 苯 乙 烯 (PST) ， 聚 甲 基 丙 烯 酸 甲 酷 （CPMM） ，以及聚乙烯（PE） ，聚丙烯（PP） 、聚苯乙烯（PS）等)按一定 比例混合并添加特制的助剂，如偶联剂、分散剂、增塑剂、润滑剂、热稳 定剂、着色剂、阻燃剂、防霉剂等加工助剂，经高温、挤压、成型等工艺 制成的一种新型复合材料， 是一种高性能、高附加值的绿色环保复合材料， 其性能优良、用途广泛、利于环保，有广阔的发展前景，值得大力研发推 广。
1.2 木塑复合材料的组成及分类
1.2.1 木塑材料的组成 木塑复合材料的成分分为基体、填充物及添加剂 3 部分。 (1)基体 由于植物纤维在高温下容易分解，所以用作基体的材料必须 有较低的熔点。 目前应用比较广泛的是高密度聚乙烯(HDPE)、 聚丙烯(PP)、 聚苯乙烯(Ps)、聚氯乙稀(PVC)、PET 以及丙烯睛一丁二烯一苯乙烯(ABS) 等热塑性塑料，其中聚乙烯的应用最为广泛。 (2)填充物 选用植物纤维作为木塑复合材料的填充物，主要有 3 种原 因： (1)植物纤维比较廉价，易降解，而且密度小； (2)植物纤维具有较高 的刚度和强度， 以及理想的长细比； (3) 植物纤维具多孑性，在一定工 艺条件下，熔融的塑料基体可以渗入到植物纤维的细胞空腔中，从而像铆 钉一样将纤维和基体连接起来。 (3)添加剂 为了克服加工过程中的困难 ，生产出具有良好性能的木塑 复合材料，通常在加工的过程中需要加入一些添加剂或助剂。添加剂有润
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滑剂、分散剂、紫外线稳定剂、发泡剂、交联剂、阻燃剂等。从提高木塑 复合材料填充相与基体相间的相容性以及填充物的分散性两个最为重要的 目的出发，通常需要添加偶联剂、相容剂以及冲击改性剂等。偶联剂可以 提高无机填料和无机纤维与基体之间的相容性，同时也可以改善植物纤维 与聚合物之间的界面状况。
1.2.2 木塑材料的分类 木塑复合材的制造方式目前主要有两种：一种是将塑料单体或者低聚 合度树脂浸入到实体木材中，通过加热或辐射引发塑料单体或者低聚合度 树脂在木材中进行自由基聚合，所得复合材料称为塑合木。这种复合方式 可以提高木材的尺寸稳定性、耐腐性、防蛀性 , 以及木材的物理、力学性 能。所浸注的单体一般采用苯乙烯和甲基丙烯酸甲酯等单体。 另一种是将木材以刨花、纤维和木粉的形态作为增强材料或填料添 加到热塑性塑料中，并通过加热使木材与熔融状态的热塑性塑料进行复合 而得到的复合材料，称为木塑料复合材料（简称 WPC） 。 从木塑复合材料的基体与功能体结合方式考虑， 可将其分为以下三类： 1) 实体木材一塑料复合材料； 此类材料以基体与功能体之间或功能体 在基体内部的化学合成反应为主要特征。 2) 木纤维(木粉)一塑料复合材料；此类材料以木质纤维材料为基体与 高分子量塑料直接复合，其结合方式以两种材料表面 (或界面)物理结合为 主。 此种材料的制造工艺是将木纤维或木粉与塑料充分混合，在混合过程 中塑料熔化形成制品。当木材组分低于 50％时，称为木质填料塑料；而木 材组分高于 60％时，则称为热塑性树脂增强型复合材料。该种复合材料的 某些物理力学指标优于纯木材制品，可再成型为各种模压制品，在包装、 家具、房屋建筑及汽车内饰件等领域具有广泛的应用前景。 3) 木材一塑料合金复合材料。 将实体木材或单板用一种聚合物的单体或预燃物浸注， 然后再使其在木 材中聚合。一般来说，这种聚合物不能进入木材的细胞壁，而是存在于细 胞腔内。此种聚合材料比原有材料具有更高的强度、刚度、耐磨性及其它
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一些优良的物理性能。可制成地板、乐器、运动设备及装饰材料等。 木材～塑料合金复合材料要求木材高分子与塑料的完全融合， 具有类似 于金属材料以及共混高分子材料所达到的那种状态。该种复合材料首先要 对木材的化学组分进行改性，使其能溶于某些溶剂之中或与高分子塑料之 间相互均匀分散。
1.3 木塑复合材料的应用
木塑复合材料的应用领域木塑材料应用于包装行业主要是托盘、包装 箱、集装器具等。因而在国内有很大的市场需求。木塑材料具有耐潮、防 虫蛀等特点，适用于仓储行业使用的货架铺板、枕木、铺梁、地板等。木 塑材料制成的凉亭、座椅、花盆、垃圾桶等具有防水、防潮、防腐的特点， 而且寿命长、价格低；用木塑复合材料制作房屋、室外地板阳光房码头、 护栏等产品已在国外开始起步。 近几年来， 由于木塑复合材料的木质材料组成部分正在向各种其它 植物纤维材料发展，因此，从更广泛意义上讲，木塑复合材料实质上已成 为以各种植物纤维材料为基体， 与各种不同塑料形成的一类新型复合材料。 它的出现有利于缓解目前木材资源紧缺和废弃物回收利用困难的问题，提 高产品的附加值，可以广泛应用于汽车工业、建筑行业、室内装饰、家电 和运输等行业方面。研究木塑复合材料是木材工业史上的革命性发展，是 现代材料工业发展的主要方向之一。 概括地说，在国内，木塑复合材料的应用领域包括： 1) 包装、运输类：托盘、军品和民品包装箱、玻璃包装箱、周转箱， 插车货板、仓储垫板、铁路枕木等; 2) 园林景观类：凉亭、座椅、栅栏、铺板等市政产品; 3) 车辆船舶类：汽车等内装材、风扇罩、仪表架等部件、船舶内装和 隔热材等; 4) 家装及建筑类：活动房屋，窗框，门板，门褴，混凝土模板，楼梯 拍手，墙壁，天棚，装饰各种异型材，地板、家具等建材用品 ; 5) 其它类：农用大棚支架及用桶、钓鱼用舢板、水产箱、教学用品、 枪托、球拍、滑雪板、高尔夫球棒、舞台用品以及各种模型等 ;
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随着挤出设备和挤出技术的发展，人们通过木塑复合微孔发泡技术制 得木塑复合微孔发泡材料，它比不发泡材料具有更高的冲击强度、更高的 韧性、更长的疲劳寿命、更好的热稳定性和更低的密度(降低密度达 75％ 或更高)，从而进一步拓宽了木塑复合材料制品的应用范围。
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第 2 章 木塑复合材料的生产工艺及性能
2.1 木塑复合材料的生产工艺
木塑复合材料的加工是依据废旧塑料复合再生工艺，以废弃的塑料和 锯末为主要原料，通过增容共混工艺进行生产的一项实用技术。将经过处 理的混合废旧塑料与填充剂等改性剂一起熔融混炼，制成复合再生料，然 后再成型为具有使用价值的再生制品。生产木塑板材主要有以下 3 种工艺 路线。 1)挤出成型工艺 由单螺杆或双螺杆挤出机挤出成型， 可连续挤出任意 长度的板材。该工艺又可分为单机挤出和双机复合挤出板材。复合挤出是 在木塑板材的外表同步挤出一层纯塑料表层，成为特殊场合使用的木塑板 材。 2)热压成型工艺 可成型一定规格的不连续板材。 其加工工艺类似于中 密度纤维板的成型工艺。 3)挤压成型工艺 挤出机和压机联用的一种挤出和加压的同步工艺。 其 成型的板材长度要大于热压成型的板材。其制品的综合性能优于挤出工艺 的板材制品。 木塑复合材料加工工艺控制的关键是防止在混炼和成型加工过程中， 塑料及锯末的热降解和焦烧。锯末作为有机物热稳定性较差，其中的半纤 维素和木素容易分解，有氧存在时 200~C 左右即发烟变色 。因此，在木塑 复合材的配方及生产工艺中，解决木粉与塑料树脂的界面结合，是技术之 关键。木塑复合材料的连续混炼制造技术，是利用辐射技术，将木粉、木 屑与热塑性塑料结合，并利用连续混炼技术制成高强度的复合材。
2.1 木塑复合材料的性能
木塑复合材料是一种较新的复合材料。由于木材和塑料在复合过程中 以及最终产品中既保留了各自的特性，又相互间协同作用，从而木塑复合 材料具有以下优点： 1)用木材作为填料可以改善塑料的耐热性和塑料的强度，而且木材的
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价格便宜；与无机填料相比，木材的密度较低，在改善拉伸强度和弯曲模 量上，增强的木材有很大的潜力； 2)对于相同体积的复合材料，以木材为填料的复合材料成本较低，对 设备的磨损小，并且可以再生利用； 3)具有较低的吸水、吸湿性能，不需要保护性防水涂饰，同时材料可 以根据需要染色或者涂饰； 4)在抗裂纹、霉菌、白蚁方面的能力优于木材，此种复合材料和木材 一样都可生物降解； 5)可以像木材一样被加工或者连接； 6)可以通过挤出或模压等方式加工成板材等许多复杂形状的制品，同 时具有高效的原料转化率和自身循环利用率。 尽管广大的科研和工程人员做了不懈努力，但木塑复合材料在各种使 用场合中仍存在着一些不足，主要表现为： 1)密度高，通常为木材的 2-4 倍； 2)产品的安装费用相对较高(由于复合材料的密度较大， 在组装时需要 使用射钉枪或自攻螺钉； 3)耐热性和耐紫外线能力较差； 4)制品的硬度和载荷能力较木材差。
木塑材料各项性能列于下表。
表 2-1 木塑复合材料与其他几种材料主要力学性质的强重比及其相差
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注: 1) 室外板的主要力学性质数值是徐咏兰主编的《中密度纤维板制造》 中 P251 中的数据; 2) 《中国主要树种的木材物理力学性质》书中的内容; 3) 木塑复合材料的物理力学性能是作者对样品所做的测量。
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第 3 章 木塑复合材料制品发展现状 及其市场
3.1 木塑复合材料发展中的问题
目前木塑材料制造的 关键问题主 要有两个 :一是如何保证木粉 的高填 充量, 使木粉填充量高达 80%～90%以达到制品有较低的生产成本和较高 的使用性能。作为在高填充量的前提下, 如何确保树脂材料有高的流动性 和渗透性, 从而能促使热塑性熔体能充分分散木粉, 达到共同复合的力学 性能及其他方面的使用性能, 主要需解决以下几个方面的问题: 1) 原材料( 塑料、木粉种类) 的选择及如何提高塑料与木粉之间界面 结合力。 因为对于两相复合界面往往成为应力集中区, 因此提高复 合材料力学性能的关键是提高界面的相容性。 2) 制品的 成型 设备 及成 型工艺 —— — 如 何提 高木粉 在体 系中 共 混 分 散的能力及建立足够的成型压力。 3) 成型模 具的 设计 与冷 却定型 技术 —— — 产 品的质 量与 产量 提高 的 关键因素。 二是提高挤出机的挤出量, 提高生产木塑材料的生产效率。目前国内 的木塑材料挤出速度在 1 m/ min 左右, 国外好一点的挤出机的挤出速度在 2 m/ min 左右。而一般的纯树脂材料的挤出速度在 4～5 m /min 左右。提 高挤出速度是当务之急。
3.2 国内的发展现状及市场前景
目前我国木塑复合材料主要用于建筑领域的门框、模板、地板、吊顶 和屋面板，包装领域的搬运垫板和托盘，交通领域的铁路轨枕和高速公路 的噪音隔板等。我国对木塑复合材料的开发以及在汽车工业领域中的应用 与国外差距很大。当今我国对轿车内衬件工程材料的需求量越来越大，厂 家对国外普遍采用的木塑复合材料的需求十分迫切，这就为木塑复合材料 的应用提供了广阔的市场。 研究开发木塑复合材料是木材工业史上最有革命性的发展，是现代材
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料工业发展的主要方向 。唐山塑料研究所、国防科技大学、广东工业大学 在研究低份额添加木粉或植物纤维方面已取得成绩，北京化工大学和北汽 福田也进行了这方面的设备开发，此外无锡、杭州及安徽蒙城等地也有企 业和个人进行过这方面的研究。 北京化工研究院在 1988 年就用木粉填充废 旧塑料进行了大量的研究工作，在配方、专用设备、制品模具设计等方面 取得初步成效。安徽蒙城县铝塑型材有限公司与铝塑研究所合作，将废旧 塑料和锯末按一定比例配合，添加特制粘合剂，经高温、高压连接制成了 木塑结构型材料(面板、纵梁和底板) 。中国林业科学院木工所木质纤维复 合材料专题组，用红松木材纤维与聚丙烯纤维进行复合的研究结果表明， 添加聚丙烯纤维虽改善了材料的模压性能，但导致了材料的各项物理力学 性能下降，而对聚丙烯进行预处理后的复合材料模压制品，其各项技术指 标可以达到一汽大众 TL—VW94 标准。 在我国的木塑复合材料制品市场上， 鉴于木塑复合材料制品的成本高， 在市场上缺乏价格竞争优势，因此打开销路有较大的困难。目前已有国外 公司准备向中国推广生产木塑制品设备，而且借用中国建设奥运场馆的商 机，想要抢占中国市场。木塑制品也是现代木轨枕的理想替代材料，在铁 路运输上有广阔的市场前景。现木轨枕仍是世界多数铁路的首选用材，直 到 20 世纪 90 年代末仍占 75％ 。预测，2l 世纪前 10 年我国铁路木枕用量 将达到 80 万
m 3
以上，2010 年以后，优质木枕用量将超过 100 万
m 3
m
3
，连
同其他项目将增加到 500 万
以上。我国木材短缺，木塑制品具有高于
木材的防腐性能和抗冲击性能，因此，进一步降低木塑制品的成本，用作 铁路轨枕的市场前景十分辽阔。此外，托盘是货物储运应用极其广泛的产 品，我国年产量约 1 亿个，产值近 10 亿元，也具较大的市场。
3.3 国外的发展现状及市场前景
近年来，国外木塑复合材料制品的技术开发和应用发展迅速。在国外 木粉填充改性塑料早已开始研究，但高份额的木粉填充则在近几年才有较 大发展。日本有名的“爱因木” 就是该类产品(采用挤出工艺)；加拿大的 协德公司也开发出类似的木塑制品(采用挤出或热压工艺)；奥地利辛辛那 提公司及凹 T 模具公司开发出各种木塑板材制品(采用挤出工艺)；韩国的
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大山株式会社利用挤压联用工艺开发出了木塑板材制品；美国的一些公司 也正积极开发和推广这类产品。木塑复合材料在西方发达国家已经实现了 产业化，其典型的产品是轿车内衬件，如美国的福持、通用，德国的大众、 奔驰，13 本的本田、丰田，瑞典的沃尔沃等公司的多种汽车的门护板、后 搁板、仪表板骨架、行李箱衬垫等均不同程度地使用了这种材料。 此外，国外不少知名公司都在研制开发新型的适用于木塑复合材料加 工的设备。如意大利的 Ic-MA，BausMo， 美国的 DaYis-Shldall， KNpp、 W&P，德国的 Battedeld、Conc：natti 公司等，Bsnedeld 公司根据双阶挤 出机概念推出了行星辊式挤出机组。若将行星辊和挤出机并用，可使物料 均化，其加料的稳定和在压力控制的相互作用下，最利于木粉填充树脂的 混配 。 国外的木塑复合材料市场，以美国为例，据该国芝加哥运输局估计 l0 年内塑料轨枕在其轨枕份额上将升至 25％ ～30％ 。现今美国的大量运输 系统和主要运输干线正在大量安装这种新轨枕。北美目前每年更换轨枕 1 200 万根，未来 2～5 年会增加到 1 400～1 600 万根／年。塑料轨枕可采用 木质轨枕同样的紧固法，也能与木质轨枕混合使用，推广方便，成本低， 且塑料轨枕所用原料 50％ 以上的可回收。著名的美国咨询公司 Freedonla 集团预计 2006 年前美国木塑复合材料需求的年均增长率为 l3％ f4]，2006 总产值将达 20 亿美元；增长轻快的为各种板材、窗框、门框和栅栏、围墙 市场。其中用量最大的板材预计到 2006 年从 2001 年的 4．10 亿美元增加 为 9 亿美元；栅栏和围墙从 2001 年的 1．63 亿美元提高为 3．15 亿美元； 而窗框和门框也将从 2001 年的 0．65 亿美元，提高到 1．35 亿美元 。
3.4 木塑复合材料的发展趋势
1)向高附加值、高档化的方向发展。如用来制作门窗、天花板、装饰 板、栅栏型材、庭院扶手、室外桌椅等。 2)向功能复合材料方向发展。木塑复合材料兼有木材和塑料的双重性 质，加入一定量的功能材料，即可使其具有耐磨、耐老化、阻燃等性能 [8]。 要使木塑复合材料从低级向高级、从单功能向多功能方向发展。 3)改善木塑复合材料的界面相容性。由于木粉中主要成分是纤维素，
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纤维素中含大量的羟基，这些羟基形成分子间氢键或分子内氢键，使木粉 具有吸水性，且极性很强；而热塑性塑料多数为非极性的，具有疏 水性， 所以两者之间的相容性较差，界面的粘结力很小。使用合适的相容剂来处 理木粉表面，可以提高木粉与树脂之间的粘结力，从而达到提高木塑复合 材料强度的作用。随着改性机理的深入研究及新的表面改性材料的出现， 木粉与聚合物基体的相容性一定会得到更好的提高。 4)新材料在木塑复合材料中的应用。随着玻纤材料、空心微珠材料及 纳米材料等技术的发展，将其加入到木塑复合材料中来提高木塑复合材料 的力学性能是完全可行的。
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结
论
由于木塑复合材料具有单纯的木材和塑料无法比拟的诸多优点 , 已受 到国内外的广泛关注。该材料是绿色环保材料 , 可以回收利用低成本的废 旧木材和塑料, 用此技术生产出来的木塑复合材料可替代木材使用, 有力 地缓解了我国森林资源贫乏所造成的窘境。木塑复合材料生产技术既符合 国家经济形势发展的需要, 也符合国家的产业政策, 而且产品使用范围 广。因此, 可以相信木塑复合材料是一种极具发展前途的材料, 也是一项 有生命力有市场开发前景的创新技术, 具有广阔的市场前景、良好的经济 效益和社会效益。
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谢 辞
【下空一行直接添加致谢内容。 】 致谢应以简短的文字对在课题研究和设计说明书（论文）撰写过程中 曾直接给予帮助的人员（例如指导教师、答疑教师及其他人员）表示自己 的谢意，这不仅是一种礼貌，也是对他人劳动的尊重，是治学者应有的思 想作风。文字要简捷、实事求是，切忌浮夸和庸俗之词。
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外文资料翻译
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洛阳理工学院毕业设计论文
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