【甬派】秸稈“仿木”不怕水浸火烤， 寧波這項(xiàng)“變廢為寶”術(shù)厲害了
甬派客戶端記者 張璟璟 金鷺 通訊員 高曉靜
裝修房屋時(shí)，你是偏愛實(shí)木家具，還是人造板材家具？
選擇實(shí)木的，對(duì)天然木材易翹曲、易腐爛、易燃燒等缺點(diǎn)有顧慮；選人造板材的，則很擔(dān)心人造板材中粘膠劑，比如甲醛揮發(fā)，污染環(huán)境。
有沒有一種材料，兼具天然木材的優(yōu)良特性，又能克服翹曲、變形、力學(xué)性質(zhì)差別大等問題，且“生長(zhǎng)”速度跟得上人類生產(chǎn)生活所需？
在該領(lǐng)域研究上，中科院寧波材料技術(shù)與工程研究所（以下簡(jiǎn)稱“寧波材料所”）生物基高分子材料團(tuán)隊(duì)取得了突破。
“我們研發(fā)的材料，植物纖維的最高含量達(dá)到80%，不翹曲，不腐爛，不霉變，不燃燒，不含甲醛，使用體驗(yàn)優(yōu)于普通木材與人造板，而價(jià)格上比這兩種材料更低。”朱錦研究員告訴甬派記者。
據(jù)悉，該團(tuán)隊(duì)現(xiàn)已貫通了植物纖維高分子復(fù)合材料的整體工藝路線，具備了批量的生產(chǎn)能力，并使產(chǎn)品在成本與使役性上取得了良好的平衡。
此外，采用秸稈纖維制備的“仿木”復(fù)合材料，還解決了農(nóng)作物秸稈大量焚燒問題，變廢為寶。
擺脫對(duì)木材的依賴，“仿木”性能亟待提升
無論是人造板材，還是添加木粉的木塑復(fù)合材料，原材料都是木材。而木材的供應(yīng)，正是可持續(xù)發(fā)展的一大問題。2017年，中國(guó)木材進(jìn)口依賴度已達(dá)到60%以上。
研制出比木材性能更好，可真正替代木材的新型仿木復(fù)合材料成為了高分子研究者追求的一個(gè)重大目標(biāo)。
據(jù)了解，在寧波材料所研制的仿木復(fù)合材料中，是以常見的塑料、橡膠等高分子材料為基體，對(duì)稻草、各種秸稈、蘆葦、棕櫚纖維、椰子纖維、麻纖維、竹纖維等進(jìn)行包裹加工，將形成綜合基體與微纖維兩方面優(yōu)勢(shì)的植物纖維高分子復(fù)合材料。
朱錦告訴記者，僅僅簡(jiǎn)單的從成本投入與材料性能角度考慮，植物纖維高分子復(fù)合材料就具有非常大的優(yōu)勢(shì)。更難能可貴的是，不光其成本遠(yuǎn)低于目前塑料樹脂，這類材料的綜合力學(xué)性能又遠(yuǎn)高于單一塑料樹脂。
（木材及其微觀纖維結(jié)構(gòu)）
可要大規(guī)模開發(fā)與利用這類材料，難度不小——
如何高效實(shí)現(xiàn)植物纖維的大規(guī)模破碎是一個(gè)巨大的工業(yè)化挑戰(zhàn)；
如何把蓬松的植物纖維大量且均勻的填充到高分子樹脂里是一個(gè)歷史難題；
如何讓互相“排斥”的植物纖維與高分子樹脂實(shí)現(xiàn)“一家親”是一個(gè)化學(xué)與物理的綜合題；
此外，還需要克服植物纖維、樹脂怕火，以及植物纖維吸水、發(fā)霉等諸多難題。
不過，這些難題，一一被寧波材料所生物基高分子材料團(tuán)隊(duì)攻克。
植物纖維與塑料樹脂均混，還能“擠”出汽車零部件
據(jù)了解，寧波材料所生物基高分子團(tuán)隊(duì)及其合作伙伴共同開發(fā)的自動(dòng)化高速共混設(shè)備，可將高含量的植物纖維與塑料樹脂進(jìn)行均勻共混，制備出植物纖維填充量最高達(dá)80%的“仿木”熱塑性復(fù)合材料。
（蓬松的植物秸稈與高速共混設(shè)備，板材擠出連續(xù)生產(chǎn)線，復(fù)合材料粒料）
類似于建筑中使用的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，通過該設(shè)備制備的“仿木”材料中，植物纖維的保留長(zhǎng)度可達(dá)1厘米，能夠有效起到“鋼筋增強(qiáng)”高分子樹脂的作用。
此外，這套原材料制備系統(tǒng)，在切入工業(yè)化產(chǎn)業(yè)鏈后，并不需要改變下游的成型設(shè)備與成功工藝。它所生產(chǎn)的復(fù)合材料原料顆粒，可以通過常規(guī)的塑料成型工藝，如注塑和擠出進(jìn)行產(chǎn)品的生產(chǎn)。
這也大幅度降低了“仿木”復(fù)合材料切入市場(chǎng)的推廣成本以及使用成本。
除了設(shè)備和“仿木”原材料制備的突破，生物基高分子團(tuán)隊(duì)還實(shí)現(xiàn)了“仿木”產(chǎn)品的成型與穩(wěn)定性突破。包括植物纖維與聚烯烴之間的相容性、復(fù)合材料的成型等關(guān)鍵技術(shù)等突破。
（通過注塑或擠出工藝生產(chǎn)的各種樣品）
“通過微觀結(jié)構(gòu)性改性，我們制備出了外觀造型復(fù)雜，流動(dòng)性要求特別高的汽車零部件，還順利實(shí)現(xiàn)了板材的連續(xù)化擠出?！敝戾\說。
開創(chuàng)分步阻燃，材料吸水性低于2%
植物纖維與常見的塑料都是易燃品，克服易燃是保證植物纖維高分子復(fù)合材料大規(guī)模應(yīng)用的必要條件。
對(duì)于這個(gè)問題，生物基高分子團(tuán)隊(duì)給出的方案是，把植物纖維與樹脂基體分別進(jìn)行阻燃處理后再進(jìn)行共混。
（植物纖維復(fù)合材料點(diǎn)燃十秒后離火自動(dòng)熄滅，(b)自制阻燃液處理后的纖維，阻燃劑均勻附著在纖維表面）
以水作為阻燃劑的溶劑，通過對(duì)植物纖維的簡(jiǎn)單噴淋就可以達(dá)到高效阻燃效果。這種方法杜絕了通用阻燃方法中使用大量有機(jī)溶劑和堿性液體的情況，且大幅度降低了環(huán)保處理成本。
在樹脂的阻燃化處理中，則采用常規(guī)的加工方法與環(huán)保型阻燃劑，進(jìn)一步保證了污染的產(chǎn)生。
分步阻燃處理效果好不好？實(shí)驗(yàn)表明，高填充的植物纖維復(fù)合材料達(dá)到了V0級(jí)的阻燃能力。也就是說，“仿木”材料在點(diǎn)燃后，能在10秒之內(nèi)熄滅，且沒有出現(xiàn)熔滴現(xiàn)象。
（植物纖維復(fù)合材料封閉注塑樣條與開放擠出塊材的吸水性測(cè)試）
除了怕火，植物纖維還怕水。一般認(rèn)為，木材含水率大于30%以后，就會(huì)快速腐爛發(fā)霉。
然而，寧波材料所制備的在植物纖維高分子復(fù)合材料，即便在水里浸泡100天，吸水率仍然低于2%。
“為了最大限度的讓樣品吸水，我們把擠出塊材表面的塑料層切除，經(jīng)過60天的吸水性測(cè)試后，觀察到樣品的吸水率均未超過20%，遠(yuǎn)低于30%的腐爛臨界值?！敝戾\說。
在高溫、高濕環(huán)境下的良好表現(xiàn)，也為植物纖維高分子復(fù)合材料的拓寬應(yīng)用領(lǐng)域提供硬保障。
（“仿木”復(fù)合材料通過組裝可以用于大型戶外設(shè)施）
據(jù)介紹，寧波材料所研制的植物纖維高分子復(fù)合材料，和木材一樣，可鋸、可鉚、可釘、可刨，具有很大的靈活性。且具備了比木材，人造板、單一塑料和傳統(tǒng)木塑更加優(yōu)異的綜合性能。目前在大型戶外設(shè)施等領(lǐng)域得以應(yīng)用。
新聞多一點(diǎn)
什么是人造板材？
人造板材，是以速生林如楊樹、桉樹等生長(zhǎng)周期短的樹木為原材料，通過旋切成木皮或用碎木做成木纖維做原材料，利用膠黏劑把它們粘接成為板材。主要包括，膠合板、纖維板（密度板）、刨花板、細(xì)木工板等。
什么是木塑復(fù)合材料？
木塑復(fù)合材料，以指利用聚乙烯、聚丙烯和聚氯乙烯等，代替通常的樹脂膠粘劑，與超過50%以上的木粉、稻殼粉、秸稈粉等廢植物纖維粉體混合成新的木質(zhì)材料，再經(jīng)擠壓、模壓、注射成型等塑料加工工藝，生產(chǎn)出的板材或型材。
為什么普通木材容易吸水、腐爛發(fā)霉？
木材中的微纖維在結(jié)構(gòu)上就具有很強(qiáng)的吸水能力，水的不斷吸入與蒸發(fā)會(huì)導(dǎo)致纖維結(jié)構(gòu)坍塌，力學(xué)性能變差。
此外，植物纖維在潮濕環(huán)境中會(huì)滋生大量微生物，微生物以植物纖維作為養(yǎng)分，大量繁殖，從而嚴(yán)重破壞植物的原有結(jié)構(gòu)。
（原文發(fā)布于2019年2月21日《寧波日?qǐng)?bào)》旗下甬派客戶端）
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