麦秸塑料复合材料的初步研究

木复合材料是一种将木材和塑料通过一定的加工工艺结合在一起的新型材料。它充分发挥了木材及塑料的优点，使两者优势互补，改进了材料的物理力学性能和加工性能。此类复合材料在欧美发达国家得到了充分重视，发展速度较快，其产品在车、船制造，建筑，包装等行业得到了广泛应用。制造木复合材料的方法较多，其中之一是将木材原料加工成粉末，然后与颗粒状或粉末状塑料按一定的比例混合，经加热模压或挤压成成品。本文研究了用麦秸粉末取代木质粉末，生产一种麦秸/M料复合材料，以便发展麦劫人造板的新产品。麦秸是农作物加工剩余物，每年的麦收季节在田里被大量烧掉，严重污染环境。目前，我国麦秸的年产童约1亿t，大部分未得到合理利用，造成了资源的极大浪费。因此，寻找利用麦秸的新途径具有节约资源、保护环境的现实意义。

　　1材料和方法1.1试验材料1.1.1麦秸本项研究所用为当年收割麦秸，来源于南京郊区。麦秸杆篼度为29~97on，直径2~3nim，期腔直径。9~1.9mm，壁厚为0.3~0.7mm.麦劫杆壁厚度由下而上变薄，以基部第一节间壁最厚；同一节我校2000级毕业生肖芳和扎西索郎参加了部分试验。

　　张洋，在读博士，南京林业大学，南京210037：2000-08-24麦秸/料复合材料的初步研究张洋间基部最厚，顶端薄，中间介于两者之间。节子粗度第一节较细，从第二、三节加粗，最上一节又变细。此外，从麦秸杆的横切面上可见表皮组织、基本薄壁组织和维管组织。麦秸表面平滑，有一层蜡状物。从细胞组成看，麦秸的纤维细胞约占62.1%，薄壁细胞占29.4%，导管占4.8%，表皮细胞占2.3%，另有1.4%其它杂细胞。麦秸纤维的细胞壁中，外层S1较厚，S1与中层S2之间连接紧密。S1层微细纤维是交叉的螺旋状排列，而S2层微细纤维是近乎纤维轴向的排列，与纤维轴夹角30~40°。麦秸纤维长度接近阔叶材纤维，只是宽度较小，麦秸纤维的平均长度为1.5mm，宽14/m，壁厚3叫1.节间纤维最长，长宽比最大，节的纤维最短，长宽比最小，各部分纤维形态见表1.从表中可见，麦秸纤维具有不均一性，长宽变化的幅度较大。

　　表1麦秸纤维形态部位长度（mm）宽度（im）平均最大最小平均最大最小全部节间粉轴叶鞘叶子节子麦秸主要化学成分是纤维素、半纤维素和木素。

　　麦秸节间纤维素含量最高。麦秸半纤维素中聚戊糖含量相当于阔叶材最高值。麦秸的次要成分中的灰分含。

　　量远篼于木材，而灰分中65%以上是Si2.麦秸的热水抽出物含量也较高，约为10%~23%，其中果胶质仅为10%左右，大部分为淀粉等低聚糖。麦秸的1%NaOH抽提物含量大约比木材高1倍，这说明麦秸中，中低级碳水化合物含量较高。

　　1.1.2塑料试验所用塑料为颗粒状聚乙烯（PE）、聚乙烯（PVC）和乙烯一醋酸乙烯（EVA）三种，平均粒度分别为和衫mm，它们的外观颜色均为白色，其中聚乙烯的熔融指数平均值为0.95g/ 1111111，灰分0.04%，软化温度120；乙烯醋酸乙烯（EVA）的醋酸乙烯含量为15%. 1.2试验方法本项研究采取如下工艺：麦秸―粉碎―干燥―筛选搅拌（按一定比例混合麦秸和塑料）混炼挤压成品。

　　首先用粉碎机将麦秸粉碎，然后干燥，使其含水率达到5%左右，再通过筛选，获得所需的麦秸粉末。根据Ls（34）正交表，分别取塑料种类、麦秸粉末粗细、麦秸与塑料的比例为变化因子，各取三个水平（见表2）进行试验。麦秸粉末与塑料混合搅拌均匀后，送入双辊筒炼塑机进行混炼挤压。辊筒温度参照国外同类产品的工艺，取165~18（TC.对成品的检验参照塑料拉伸性能试验方法（GB/T 1040―92）的标准，以抗拉强度衡量麦秸与塑料之间的结合强度。

　　表2试验因子水平表水平塑料种类麦秸粉末粗细（目）麦秸料（质童比）注：-10+20（目）表示通过10目筛网、且留于20目筛网的麦秸粉末，其它类似2结果与讨论2.1塑料种类的影响本研究选用的塑料为聚乙烯、聚乙烯和乙烯-醋酸乙烯共聚物。前两种是塑料行业中用量最大的产品。从可知，三种塑料均可以和麦秸粉末形成较好的结合，其中，聚乙烯与麦秸粉末的结合强度最好。

　　这说明在一定的条件下，不加人偶联剂或其它添加剂，麦秸也可以和塑料结合成性能较好的复合材料。其原因可能是麦秸表面的自由能较低的缘故。表面自由能就是产生一单位面积无应力表面所需要的能量。麦秸和木材一样，均属于多孔的极性固体，其表面自由能是可变的。本项研究测得麦秸外表面的自由能约为25m/m2，麦秸内表面的自由能约为3m/m2，比木材12表面的自由能要低得多，例如：Marian曾求出花旗松、加洲铁杉和欧洲栎木的表面自由能分别为57.80、56.50m/m2和40 8m/m2.由于麦秸表面的自由能比木材更接近塑料，聚氯乙烯（PVC）、聚乙烯（PE）和聚丙烯（PP）的表面自由能分别为41.5，32.4m/m2和30.2inl/m2.而两种材料表面的自由能越接近，越有利于它们之间的结合。‘因此，麦秸可以和塑料产生良好的结合。至于试验所用的三种塑料与麦秸之间结合强度差别，主要是因为这三种塑料之间的性能差别所致。

　　此外，本项研究还测试了麦秸/M料复合材料拉伸过程中的延伸率。从测试结果发现，用聚乙烯或聚乙烯制造的麦秸料复合材料的延伸率较低，用乙烯-醋酸乙烯制造的麦秸料复合材料的延伸率较高，为前两种复合材料的5倍以上。因此，在实际生产中可以根据使用要求，将几种塑料混合使用，互相取长补短。

　　2.2麦秸粉末粗细对麦秸料复合材料的强度影响在麦秸料复合材料中，麦秸粉末保留了植物纤维的基本特性，可以起到增强材料的作用，塑料则是以基体材料存在。当这两种材料被混合、加热、挤压时，塑料受热熔融，产生流动，在外界压力下，将麦秸粉末。

　　牢固粘接在一起，冷却后硬化。从可见，在试验区间内，麦秸粉末越细，越有利于麦秸料复合材料的强度提篼。其原因主要在于，较细的麦秸粉末分散性好，易于和熔融后的塑料混合均匀，在同样的外界压力下，麦秸和塑料两者之间结合得更紧密，从而使麦秸/塑料复合材料的抗拉强度增加。此外，细一点的麦秸粉末也可以使麦秸/11料复合材料表面的粗糖度下降，表面质量提高。因此，在生产此类麦秸/塑料复合材料时，可以考虑加工细一些的麦秸粉末。

　　2.3麦秸与塑料之间的比例影响从可见，在研究区间内，随着麦秸粉末量的增加，麦秸/11料复合材料的抗拉强度逐渐提高，但这种提高的幅度有所变缓。当麦秸与塑料的比例从0.1增加到0.2时，麦秸/塑料复合材料的抗拉强度提高了0.87MPa；当麦秸与塑料的比例从0.2增加到0.3时，麦秸料复合材料的抗拉强度只提篼了0.43MPa.麦秸与SB料的比例对麦秸/纽料ft合材料的强度彩响这说明，在一定范围内，增加麦秸/11料复合材料中的麦秸用量，可以使麦秸这种植物纤维材料起到增强效果，但这种效果的明显性会随着麦秸用量的增加而变小。其原因可以解释为，在麦秸/塑料复合材料中，塑料基体的一个功能是将载荷均匀分布，当麦秸用量的比例逐渐增加到一定数值后，塑料基体的这种功能会随之减弱。‘3结论3.1用麦秸取代木质原料生产麦秸料复合材料是可行的。

　　3.2细一些的麦秸粉末有利于麦秸通料复合材料的性能改善。

　　3.3在一定范围内，增加麦秸的用量，可以提篼麦秸/塑料复合材料的强度。