《亚麻纤维增强聚烯烃复合材料的研究》—项目简要说明
一、项目概要及背景
塑料材料已成为当前国民经济中不可缺少的一类重要材料，但是随着塑料使用量及废弃量的增加，也带来了资源问题和对环境的污染问题。随着“生态意识”的觉醒，人们对环境保护、卫生健康越来越重视，多年来，人们不断地开发各种各样的节约资源性材料及环保型材料来代替现有材料。
开发环保型塑料和具有高性能的塑料复合材料已越来越引起人们的关注。合理利用资源，可持续发展经济决定了新材料的发展趋势，在未来的经济发展中，机会将更多地赋予质轻、价廉、可生物降解的材料、对环境无污染的材料及资源高效利用技术等。
本项目围绕上述宗旨，开发亚麻纤维增强聚烯烃复合材料，服务于塑料产业和社会需求。
二、研制开发的目的和意义
亚麻纤维是一种天然高分子材料，它是天然纤维中长度最长的,纤维的结晶度、取向度、纵向弹性模量较高，很适合做树脂基复合材料的增强体。麻纤维复合材料加工时耗能少，对加工设备的损耗小，有利于节约能源。它最突出的优点是具有生物可降解性和可再生性，这是其他任何增强材料所无法比拟的。因此，开发麻纤维作为增强材料的复合材料在环境保护和资源保护方面都有重要的意义。
作为一种较新的工程材料，亚麻/聚合物复合材料是最具潜力的一种新型材料，是当今高分子科学与技术领域的重要研究方向之一。亚麻/聚合物复合材料符合未来经济发展的需要，无论从社会的环境，还是从社会的经济和可持续发展战略方面来考虑，都是十分必要的和迫切的，具有十分重要的意义
三、国内外相关技术发展概况和趋势
亚麻/聚合物复合材料按基体树脂不同可分为两大类：亚麻/热固性塑料复合材料和亚麻/热塑性塑料复合材料。亚麻纤维增强热固性树脂主要是环氧树脂、聚酯树脂、酚醛树脂和三聚氰胺树脂等。
国内外科学家在亚麻纤维增强热固性树脂复合材料的研究中做了许多有成效性的工作。研究者将亚麻纤维与不饱和聚酯、环氧树脂等树脂复合，制成复合材料，并对复合材料的形态结构及力学性能进行了研究，研究结果表明复合材料拉伸和弯曲性能都得到提高，并且后者的力学性能要优于未改性的原塑料。目前亚麻纤维增强热固性树脂复合材料已经在国外工业化生产，国内也有小量生产。由于热固性塑料存在加工周期长，固化后不能再熔融，同时该种复合材料密度大、易于燃烧等缺点，因此限制了其应用。
近年来，利用可以重复熔融的热塑性塑料和天然麻纤维材料进行复合，特别是亚麻/热塑性塑料复合材料引起了人们的重视。与亚麻/热固性复合材料相比，亚麻/热塑性复合材料的韧性高，抗冲击性能好，加工周期短，可重复加工及回收利用，其应用领域不断扩大，可应用于汽车工业、室内装饰材料及日常生活等领域，被称为21世纪的绿色工业材料。亚麻纤维增强的热塑性树脂多以聚烯烃树脂为主。聚烯烃树脂的主要优点是加工性能较好，成型工艺简单，拉伸和抗冲击性能优异，另一方面，亚麻质轻、韧性好、价格便宜，可以降低复合材料的成本。
亚麻纤维中的羟基可与基体聚合物形成强烈的分子间氢键、共价键或其他化学键, 而纤维中未反应的羟基在分子内或分子间形成氢键, 并使亚麻纤维具有亲水性, 含湿率达8%～12.6%。从而引起纤维与基体聚合物之间的粘附性变差, 这样就使纤维增强材料在使用过程中随时间推移而解除键合。同时，亚麻纤维在增强C—H聚合物时, 极性的亚麻纤维很难和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。缺乏良好的界面粘结性所导致的恶果是界面张力的增加、材料多孔性和环境降解的出现。
基于亚麻/聚合物复合材料的国内外研究动态可知，目前亚麻/聚合物复合材料的制备工作仍处于研究和探索阶段，有关亚麻的改性处理方法及其与基体树脂复合的加工工艺的报道也较少，因此亚麻的表面处理技术及亚麻/聚烯烃复合材料及其制品的开发与应用研究具有重要的意义。
四、前期研制开发情况
我们经过多年对国际先进技术的跟踪了解，结合相关学科的发展，采用不同的改性方法处理亚麻，通过共混加工工艺制备亚麻与PE、PP和PVC等不同的聚烯烃树脂制备亚麻/聚烯烃复合材料。
复合材料的性能在很大程度上取决于组分的性能和组分间的界面相容性。亚麻纤维的不均匀性和纤维与疏水聚合物基体的不相容性, 对其在复合材料中的增强作用有不利的影响。亚麻纤维的不均匀性在于它在植物中的部位、植物生长地域和生长条件的不同而引起的组成和结构差异。
经过多年探索研究，我们可以通过对亚麻纤维进行表面改性处理来改善纤维与基体的相容性，确定了亚麻的复合表面活性剂处理、表面接枝改性处理两种处理方法的基本参数和基本工艺。改善了纤维与基体的界面粘结性，并且复合材料的力学性能随纤维含量的增加而升高，当亚麻纤维含量在25%时，复合材料的拉伸强度提高了30%。亚麻纤维增强聚合物不仅可以提高其抗蠕变性和耐疲劳性，拉伸性能也随着纤维体积分数的增加而提高，纤维体积分数为50%的板材性能最优。
两种处理方法都改变了亚麻纤维表面性质和表面自由能，改善了亚麻与PP的界面粘结性，提高了亚麻/PP复合材料的拉伸强度和冲击强度，弯曲强度也有所提高，同时随着处理时间的增加，提高力学性能的效果越好。
