曹巖，徐海龍,2，楊吟野,3

(1.貴州民族大學(xué) 貴州省優(yōu)勢(shì)生物質(zhì)材料(木、竹、茶等)的開發(fā)與利用特色重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，貴州 貴陽(yáng) 550025；2.貴州民族大學(xué) 數(shù)據(jù)科學(xué)與信息工程學(xué)院，貴州 貴陽(yáng) 550025；3.貴州民族大學(xué) 光電信息分析與處理貴州省特色重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，貴州 貴陽(yáng) 550025)

杉木(Cunninghamialanceolata)，又名沙木、沙樹等，在我國(guó)其人工林面積達(dá)1.24×107hm2，每年人工造林面積達(dá)4.00×105hm2，每年杉木材積產(chǎn)量占全國(guó)商品材的五分之一[1]。杉木也是我國(guó)分布較廣的用材樹種，整個(gè)杉木分布區(qū)可分為3個(gè)帶：北帶相當(dāng)于植被區(qū)劃的北亞熱帶，在適宜的立地條件下，20年生杉木林年平均生長(zhǎng)量每公頃可達(dá)6.0-7.5m3；中帶相當(dāng)于中亞熱帶，其東部和中部都是杉木的中心產(chǎn)區(qū)，如貴州東南部就是歷史上杉木的著名產(chǎn)地之一，此外還有湖南西南部、廣西北部、廣東北部、江西南部、福建北部和浙江南部等，20年生的林分平均年生長(zhǎng)量每公頃可達(dá)9-11m3，而一些小面積豐產(chǎn)林，甚至高達(dá)15-30m3；南帶相當(dāng)于南亞熱帶，這里杉木生長(zhǎng)較差，每公頃僅4-8m3。杉木林是貴州省分布最廣的森林類型之一，基本遍及全省所有縣市，貴州省杉木林地面積1.07×106hm2。

杉木是主要的森林采伐和加工樹種，在鋸解、剖切和砂光等加工過程中，產(chǎn)生鋸屑、廢料等剩余物占原木材積的50%以上[2-3]。如此豐富的生物質(zhì)資源中僅有少量被作為低質(zhì)燃料或原材料粗放利用，大部分尚未得到合理利用，沒有發(fā)揮其天然纖維的特性優(yōu)勢(shì)，既存在生物質(zhì)資源的嚴(yán)重浪費(fèi)，又造成環(huán)境污染等問題[4-7]。

此外，我國(guó)塑料利用率僅為25%，每年不能被及時(shí)回收和合理再利用的廢舊塑料高達(dá)1.40×107t[8]，廢舊塑料的隨意丟棄造成嚴(yán)重的環(huán)境污染。因此，廢物回收和資源化利用的任務(wù)相當(dāng)艱巨，資源利用技術(shù)滯后于社會(huì)需求的矛盾十分突出。

因此，制備杉木纖維增強(qiáng)聚合物復(fù)合材料，可用于戶外地板、風(fēng)景園林、外墻掛板、裝飾材料等諸多方面[9]，研究該種復(fù)合材料的性能不僅可以緩解環(huán)境污染問題，而且有助于提高材料的附加值，創(chuàng)造良好的經(jīng)濟(jì)效益。據(jù)粗略估計(jì)，每生產(chǎn)1t木塑復(fù)合材料，相當(dāng)于少砍伐1.5棵30年樹齡的樹，減少6×104個(gè)廢棄塑料袋的污染，減少7.60hm2農(nóng)田的地膜殘留隱患[10]。木塑復(fù)合材料具有非常顯著的生態(tài)環(huán)境效益，且具有原料資源化、產(chǎn)品可塑化、環(huán)?？稍偕葍?yōu)勢(shì)，是一個(gè)名副其實(shí)的低碳產(chǎn)業(yè)。同時(shí)，新技術(shù)的應(yīng)用還會(huì)帶來更多的就業(yè)機(jī)會(huì)，具有良好的社會(huì)效益[11-12]。

本文概述了杉木復(fù)合材料的研究現(xiàn)狀，綜合分析了杉木復(fù)合材料的制備工藝、影響因子和物理、力學(xué)性能等，最后展望了杉木復(fù)合材料的應(yīng)用前景和發(fā)展方向。

1 杉木復(fù)合材料的研究現(xiàn)狀

21世紀(jì)以來，學(xué)者們對(duì)于杉木復(fù)合材料的研究是從杉木和基質(zhì)的表面特性、兩相的界面結(jié)合理論和形成過程、兩相復(fù)合工藝與影響因子以及改進(jìn)復(fù)合材料性能的有效措施等多方面展開的。

1.1 界面結(jié)合

2001年，中國(guó)林業(yè)科學(xué)研究院的王正[13]以我國(guó)人工林木材杉木、楊木(Populussp.)和馬尾松(PinusmassonianaLamb.)為主要研究對(duì)象探討了木材表面特性、木塑復(fù)合界面結(jié)合理論、界面的形成過程、木塑復(fù)合途徑及其主要影響因子和木塑復(fù)合材料性能的改進(jìn)措施。研究結(jié)果顯示，木材表面自由能、表面極性、表面化學(xué)官能團(tuán)、表面粗糙度、小分子抽出物等成分對(duì)木塑復(fù)合界面及復(fù)合材料的物理、力學(xué)性能有顯著影響。杉木的總表面自由能和非極性表面自由能的數(shù)值最高，分別為42.4mJ/m2和41.6mJ/m2，相比楊木的總表面自由能和非極性表面自由能分別提高了11.58%和17.18%，相比馬尾松的總表面自由能和非極性表面自由能分別提高了55.31%和155.21%；3種木材所形成的木塑復(fù)合材料的界面性能也存在差異，杉木/塑料復(fù)合材料的界面結(jié)合強(qiáng)度最高，楊木次之，馬尾松最低；另外，杉木的表面極性最低，為0.74mJ/m2，是楊木表面極性的21.70%，同時(shí)僅為馬尾松木材表面極性的6.73%，杉木如此低的表面極性有利于提高其與塑料復(fù)合界面的強(qiáng)度；3種木材表面對(duì)像水分子這樣的極性小分子物質(zhì)的吸附能力不同，杉木/塑料復(fù)合材料界面的耐水性能較好，相反，馬尾松表面對(duì)水分的親和性較強(qiáng)，馬尾松/塑料復(fù)合材料的界面耐水性能較差；木材的表面特性、塑料的表面特性、木材所含的化學(xué)成分、木材吸附的化學(xué)成分、塑料的理化性能指標(biāo)、木塑復(fù)合途徑、復(fù)合工藝因子等多種因素都對(duì)木塑復(fù)合界面的強(qiáng)度性能產(chǎn)生影響；木塑復(fù)合過程中，木塑復(fù)合的溫度、時(shí)間和壓力，材料密度，木材組元形態(tài)，配方因子(如樹種、塑料種類、木塑配比和添加劑等)都對(duì)所制備的復(fù)合材料的性能有著非常重要影響。

2016年，劉如和張智林[14]對(duì)上述研究結(jié)果做了補(bǔ)充，通過毛細(xì)管上升法測(cè)定了杉木纖維的表面接觸角，并根據(jù)Washburn方程和Owens-Wendt法計(jì)算了杉木纖維的表面自由能及其極性和非極性分量，并與南方松(Pinusspp.)、橡膠木(Heveabrasiliensis)和青楊(PopuluscathayanaRehd.)作了對(duì)比。結(jié)果表明，杉木表面自由能較高，在制備木塑復(fù)合材料時(shí)，其液體潤(rùn)濕效果好，且杉木屬于針葉材，簡(jiǎn)單的細(xì)胞壁結(jié)構(gòu)降低了木纖維的極性值，表面自由能的非極性分量較高，表現(xiàn)出較強(qiáng)的非極性，與非極性物質(zhì)的親和力較高，最后指出，制備木塑復(fù)合材料時(shí)，應(yīng)根據(jù)木纖維的表面自由能確定所用膠粘劑的種類。

1.2 杉木的改性

提高木質(zhì)復(fù)合材料界面間的相容性的主要途徑有2個(gè)，一是添加界面相容劑，二是改性木材。

為提高杉木的使用范圍，改善其與聚合物的相容性，提高復(fù)合材料的力學(xué)性能，2010年，合肥工業(yè)大學(xué)的閆小宇[15]采用帶有剛性基團(tuán)的氯化芐和具有長(zhǎng)分子鏈結(jié)構(gòu)特征的十八烷酰氯，改性經(jīng)8% NaOH溶液和丙酮處理的杉木粉(200目)，利用紅外光譜分析(FT-IR)、X射線衍射分析(XRD)、熱重分析(TG)、差示掃描量熱法(DSC)和掃描電子顯微鏡分析(SEM)等手段分析了改性杉木粉的結(jié)構(gòu)和性能。對(duì)改性工藝進(jìn)行了優(yōu)化，分別將改性后的杉木粉與聚丙烯(PP)利用雙輥筒煉塑機(jī)共混制備了復(fù)合材料，研究了改性杉木粉增重率(WPG)、含量對(duì)復(fù)合材料彎曲、拉伸和沖擊等力學(xué)性能的影響，并使用SEM對(duì)復(fù)合材料沖擊斷面進(jìn)行了表征和研究。研究結(jié)果表明，杉木粉經(jīng)堿溶液處理后，在1 732cm-1處的羰基(C=O)伸縮振動(dòng)吸收峰消失，杉木粉中的脂肪、糖類、色素和蛋白質(zhì)等小分子量化合物被堿溶液溶出，杉木粉中木材纖維分子間的氫鍵遭到了一定程度的破壞，游離出了更多的羥基，并且經(jīng)過堿溶液處理，杉木粉中纖維素的相對(duì)結(jié)晶度降低、晶體的尺寸減小，晶體結(jié)構(gòu)在一定程度上受到了破壞。同時(shí)，處理后的杉木粉對(duì)水分的吸附能力略有下降，而熱穩(wěn)定性有所提高，500℃時(shí)杉木粉的殘?zhí)悸视商幚砬暗?3%左右升高到處理后的26%左右；以甲苯為溶劑、NaOH為催化劑，使用氯化芐對(duì)杉木粉進(jìn)行了芐基化改性，制備了不同WPG的改性杉木粉，研究了工藝條件對(duì)改性杉木粉WPG的影響。通過FT-IR、XRD、TG、DSC和SEM等方法，研究了改性杉木粉的結(jié)構(gòu)和性能，研究了改性杉木粉對(duì)水、乙醇、N，N-二甲基甲酰胺(DMF)、氯仿、正己烷的吸附性能。杉木粉改性后，木質(zhì)纖維素結(jié)晶被破壞，500℃時(shí)殘?zhí)悸蕿?0%，對(duì)溶劑的吸附性能隨著改性杉木粉WPG的增長(zhǎng)不斷下降；經(jīng)過改性后的杉木粉與PP的相容性明顯優(yōu)于未改性杉木粉與PP的相容性，并且改性杉木粉在PP中的分散性也更好。由于杉木粉和PP相容性的改善，提高了復(fù)合材料的沖擊強(qiáng)度。芐基化杉木粉WPG為50%(含量為10%)/PP復(fù)合材料和十八烷酰氯改性杉木粉WPG=55%(含量為10%)/PP復(fù)合材料力學(xué)性能相對(duì)較好。

2011年，北京林業(yè)大學(xué)的姜卸宏等[16]采用無可見的節(jié)子、無腐朽等缺陷、年輪密度均勻的杉木邊材，將其加工成邊長(zhǎng)為19mm左右的立方體，并干燥至質(zhì)量恒定。分別用一步法和兩步法工藝配置處理液(PVDM-1和PVDM-2)，前者是將一定比例的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為70%的二癸基二甲基氯化銨(DDAC)和作為分散劑的聚合度為1 750聚乙烯醇(PVA)以及7.4×10-2mm、陽(yáng)離子交換容量(CEC)為0.90mmol鈉基蒙脫土(Na-MMT)混合均勻后，球磨數(shù)小時(shí)用去離子水稀釋得到，后者使用DDAC將Na-MMT改性制備有機(jī)蒙脫土后，將有機(jī)蒙脫土和PVA混合均勻加熱并稀釋后得到[17-18]。分別將制得的2種處理液通過滿細(xì)胞法真空-加壓浸注杉木試樣，具體工藝為抽真空30min(真空度約為0.09MPa)，注入處理液，加壓2MPa并保壓1h，取出試樣烘至質(zhì)量恒定后即得杉木增強(qiáng)聚合物復(fù)合材料。按照標(biāo)準(zhǔn)GB 1934.2-2009測(cè)定復(fù)合材料的吸水率和抗脹縮率(AS)；按照標(biāo)準(zhǔn)GB/T 4340.1-1999使用維氏顯微硬度計(jì)，加19.614N載荷50s測(cè)量復(fù)合材料的表面硬度，重復(fù)測(cè)試30次；在氣干條件下采用萬(wàn)能力學(xué)試驗(yàn)機(jī)測(cè)量復(fù)合材料的順紋抗壓強(qiáng)度；參照美國(guó)木材保護(hù)協(xié)會(huì)AWP A E11-07標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行抗水流失性測(cè)試。該實(shí)驗(yàn)組除了測(cè)試了上述復(fù)合材料的物理力學(xué)性能外還采用德國(guó)BRUKER公司生產(chǎn)的Tensor27型傅立葉變換FT-IR對(duì)其進(jìn)行了表征，分析了兩種方式制備的杉木復(fù)合材料在機(jī)理上的差異，旨在提供一種工藝簡(jiǎn)單且經(jīng)濟(jì)有效的木材改性處理方法。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，一步法復(fù)合材料(PVDMW-1)的AS和抗水流失性明顯高于兩步法復(fù)合材料(PVDMW-2)，而通過對(duì)比兩者的吸水率和抗壓強(qiáng)度并未發(fā)現(xiàn)明顯的差異，PVDMW-2的表面硬度好于PVDMW-1；FT-IR結(jié)果表明，PVDMW-1在521cm-1與468cm-1附近出現(xiàn)了表征蒙脫土中Si-O-M和M-O的耦合振動(dòng)的特征吸收峰，這說明PVDMW-1中蒙脫土已經(jīng)進(jìn)入了杉木細(xì)胞壁內(nèi)。

2016年，王翠翠等[19]研究了納米CaCO3原位沉積工藝對(duì)杉木、慈竹(Neosinocalamusaffinis)和黃麻(Corchoruscapsularis)的纖維表面改性效果，采用平壓成型工藝制備了杉木纖維增強(qiáng)PP復(fù)合材料，研究了纖維表面形貌、表面粗糙度、靜態(tài)接觸角、拉伸性能以及復(fù)合材料斷口形貌和力學(xué)性能。結(jié)果表明，CaCO3原位沉積改性對(duì)杉木纖維表面性能有顯著影響，杉木纖維表面雖然比較平滑，但是紋孔多而大，更利于CaCO3顆粒進(jìn)入纖維細(xì)胞腔內(nèi)[20]，因此CaCO3上載量高達(dá)16.08%，改性杉木纖維的表面粗糙度Rq值提高了42.51%，靜態(tài)接觸角SCA增加了3.12%，單根纖維的拉伸強(qiáng)度、拉伸彈性模量和斷裂伸長(zhǎng)率分別提高了29.28%、7.74%和13.35%，這是因?yàn)槔w維空隙周圍所承受的載荷有效地傳遞到了填充進(jìn)纖維微孔和溝槽中的CaCO3上，從而阻礙缺陷所造成的纖維斷裂。此外，杉木纖維CaCO3原位沉積改性還顯著改善了杉木/PP復(fù)合材料的界面性能[21]，斷口形貌SEM圖中，改性杉木纖維與PP結(jié)合緊密，復(fù)合材料的斷裂主要以纖維斷裂為主，斷口處沒有空洞出現(xiàn)，復(fù)合材料的界面強(qiáng)度很高，拉伸強(qiáng)度和拉伸彈性模量分別增加了9.63%和45.22%。研究結(jié)果為纖維表面改性技術(shù)在杉木纖維增強(qiáng)熱塑性聚合物復(fù)合材料中的應(yīng)用提供理論依據(jù)。

改性杉木的方法中除了使用化學(xué)原理，物理方法也十分有效。丁輝等[22]用120℃高溫處理杉木纖維，發(fā)現(xiàn)其總表面張力的極性部分下降了14.81%，非極性部分上升了26.73%，而塑料屬于非極性材料，根據(jù)相似相容原理，高溫處理后的杉木纖維與塑料之間的結(jié)合力得到了增強(qiáng)，有利于制備木塑復(fù)合材料。另外，杉木纖維在高溫處理下，官能團(tuán)發(fā)生了變化，羥基破壞導(dǎo)致纖維表面羥基減少，非極性表面張力得到提高，同樣有利于其與塑料聚合物形成良好的界面。2016年，福建農(nóng)林大學(xué)的鄧邵平等[23]也做了杉木粉熱處理對(duì)木塑復(fù)合材料彎曲、拉伸和沖擊等力學(xué)性能的影響的研究。

1.3 復(fù)合工藝

木質(zhì)復(fù)合材料常見的制備方式是擠出法和熱壓法。

2008年，天津大學(xué)的張然[24]確定了雙螺桿擠出機(jī)擠出造粒制備杉木纖維增強(qiáng)高密度聚乙烯(HDPE)復(fù)合材料的最佳工藝，即雙螺桿擠出機(jī)箱體擠出溫度為150-155℃，螺桿轉(zhuǎn)速為30r/min，杉木纖維最佳加入量為60phr，偶聯(lián)劑選用乙烯一丙烯酸共聚物(EAA)且添加量為10phr。采用優(yōu)化工藝制備的杉木纖維/HDPE復(fù)合材料的拉伸強(qiáng)度提高了33.19%。

2015年，徐開蒙等[25]利用2.66mm長(zhǎng)、長(zhǎng)徑比為65.35、接觸角為90.32°的杉木纖維增強(qiáng)聚氯乙烯(PVC)，通過同向平行雙螺桿造粒和錐形雙螺桿擠出兩步法制備木塑復(fù)合材料，并研究其彎曲、拉伸和沖擊等力學(xué)性能。結(jié)果表明，其彎曲強(qiáng)度和彈性模量分別為45.63MPa和3.247GPa，拉伸強(qiáng)度和沖擊強(qiáng)度分別為29.14MPa和6.43kJ/m2，綜合力學(xué)性能優(yōu)于同種方法制備的尾巨桉(Eucalyptusurophylla×E.grandis)、白千層(MelaleucaleucadendronL.)、馬尾松、楓香(Liquidambarformosana)和蓖麻(RicinuscommunisL.)桿等纖維增強(qiáng)PVC復(fù)合材料。另外，他們的研究也證明了杉木纖維/PVC復(fù)合材料對(duì)彩絨革蓋菌(Coriolusversicolor)和棉腐臥孔菌(Poriaplacenta)的耐腐性較強(qiáng)，質(zhì)量損失率分別為0.54%和1.09%，該種抗菌耐腐性能主要來自于杉木樹種天然的抗菌和耐腐功效。

2009年，南京農(nóng)業(yè)大學(xué)的張東輝[26]采用模壓成型工藝制備了杉木纖維增強(qiáng)PP復(fù)合材料，確定了最佳工藝參數(shù)：模壓壓力為20MPa，溫度為180℃，保壓時(shí)間為15min，當(dāng)杉木纖維填充量較高時(shí)，需適當(dāng)增加模壓壓力和溫度。

2016年，福建農(nóng)林大學(xué)的賴瑩瑩等[27]研究了杉木/聚乙烯(PE)刨花板的制備工藝，確定了脲醛樹脂膠(UF)的施膠量為8%，PE用量為4%，石蠟添加量為1.5%，熱壓溫度為180℃，熱壓時(shí)間為7min時(shí)，刨花板的靜曲強(qiáng)度、彎曲彈性模量和內(nèi)結(jié)合強(qiáng)度等力學(xué)性能以及吸水厚度膨脹率較好。樹脂的水解化越小，耐水解能力就越弱，杉木刨花與PE之間相容性差，界面粘結(jié)力較小，水分容易進(jìn)入板的孔隙中，4%的PE在刨花板中起到了很好的隔水作用；增加施膠量有利于增加膠黏劑和杉木刨花板的膠接點(diǎn)，從而增強(qiáng)結(jié)合力，提高力學(xué)性能，8%的施膠量賦予復(fù)合材料較好的膠黏強(qiáng)度和化學(xué)穩(wěn)定性，施膠量過大，游離甲醛含量的增多導(dǎo)致膠層強(qiáng)度降低，結(jié)合強(qiáng)度下降；石蠟的憎水性利于阻礙水分，降低吸水厚度膨脹率，但過量的石蠟會(huì)削弱UF與刨花板的膠接強(qiáng)度；熱壓溫度超過180℃，杉木中的纖維素、半纖維素等發(fā)生降解，提取物中部分成分發(fā)生裂解和揮發(fā)，從而降低刨花板的力學(xué)性能，然而溫度越高，越有利于PE基體的熔融與軟化，且均勻分布，隔離水分；熱壓時(shí)間過短，芯層部分的膠黏劑固化效果不佳，影響芯層杉木刨花與基體的結(jié)合力，適當(dāng)?shù)匮娱L(zhǎng)熱壓時(shí)間可以提高膠的固化程度和PE的熔融，增加膠接力，減少膠層間的吸附斷裂及水分的進(jìn)入，但熱壓時(shí)間過長(zhǎng)，膠和PE發(fā)生熱降解，表層膠黏劑變脆，膠合強(qiáng)度降低。

除此之外，學(xué)者們也探索出了杉木復(fù)合材料的其他多種制備工藝。

2007年，合肥工業(yè)大學(xué)化工學(xué)院的徐峰等[28]以80目的人工林杉木粉為原料和正硅酸乙酯(TEOS)為無機(jī)前驅(qū)體，依據(jù)溶劑熱法反應(yīng)原理，采用溶膠-凝膠的方法制備了SiO2/杉木復(fù)合材料。使用改良的溶劑熱法制備的復(fù)合材料中木材的WPG顯著提高；通過熱失重分析(TGA)發(fā)現(xiàn)交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)的形成顯著提高了材料的耐熱性能，使失重10%時(shí)的熱分解溫度從純木粉的270℃提高到409℃；通過FT-IR發(fā)現(xiàn)杉木中的羥基與正硅酸乙酯水解后的羥基發(fā)生了縮合反應(yīng)，體系中存在Si-O-C交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)；通過SEM發(fā)現(xiàn)SiO2在高壓反應(yīng)釜的作用下充分進(jìn)入到了存在納米級(jí)空隙(介觀空隙，為納米材料的生長(zhǎng)提供了空間)的杉木內(nèi)與其中的羥基發(fā)生反應(yīng)，形成了納米級(jí)網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)；通過XRD發(fā)現(xiàn)木質(zhì)纖維素的結(jié)晶被破壞，木材增重率為78%的復(fù)合體系結(jié)晶度從純杉木粉的75.37%下降到37.42%。

2013年，天津科技大學(xué)的劉辛燕等[29]采用低溫水熱法制備了杉木/MnO2光催化復(fù)合材料，研究了反應(yīng)時(shí)間、鹽酸濃度、反應(yīng)溫度等工藝條件對(duì)MnO2負(fù)載率的影響。結(jié)論是當(dāng)KMnO4/HCL摩爾比為1︰7、反應(yīng)時(shí)間為80min、鹽酸濃度為2mol/L、反應(yīng)溫度為70℃時(shí)，復(fù)合材料中的MnO2負(fù)載率最高，可達(dá)到30.5%。

2015年，中南林業(yè)科技大學(xué)的湯靜芳[30]分別利用原位聚合法和溶化共混法制備兩類醚化改性木粉增強(qiáng)聚苯乙烯(PS)復(fù)合材料。結(jié)果表明通過原位聚合法制備的木塑粉未見塑料顆粒，且均勻分散，界面相容性較好，而通過溶化共混法制備的木塑粉中有白色塑料顆粒，界面相容性較差。

2016年，中國(guó)原子能科學(xué)研究院的胡濤等[31]用50kGy的高能量電子束輻射制備浸漬了含有雙鍵不飽和高分子有機(jī)物單體MMA的杉木/PE復(fù)合材料，電子束輻照產(chǎn)生的自由基、離子和激發(fā)分子向單體或預(yù)聚物發(fā)生能量轉(zhuǎn)移，引起杉木組織微孔中的單體產(chǎn)生反應(yīng)，導(dǎo)致杉木內(nèi)部結(jié)構(gòu)更密致、堅(jiān)硬和耐磨。復(fù)合材料的密度提高了80%，抗彎強(qiáng)度和抗彎彈性模量分別提高了64.1%和33.9%，順紋抗壓強(qiáng)度提高了97.8%，而24h吸水率降低了53%，該種杉木/PE復(fù)合材料的性能可以與稀少而珍貴的優(yōu)質(zhì)紅木相媲美。

另外，利用杉木可加工的人造板中，除了上文提到的杉木刨花板以外，還有杉木纖維板、杉木膠合板和杉木重組木等。

早在1991年就有學(xué)者研制了杉木重組木，具體工藝為：將杉木小徑材截?cái)?、蒸煮，達(dá)到軟化杉木并增加含水率以便輥搓的目的，輥搓成木束后剔除樹皮、節(jié)疤和腐朽等缺陷，經(jīng)干燥后于20-25℃條件下浸膠(酚醛膠)3min、脫去余膠、干燥至含水率為10%-14%，手工鋪裝成18mm厚的板坯，預(yù)壓5min再熱壓成杉木重組木，此工藝中杉木小徑材的利用率高達(dá)90%，且密度、含水率、順紋抗壓、順紋抗拉、靜曲強(qiáng)度和順紋抗剪等性能與杉木和層積塑料相近，可用于生產(chǎn)各種建筑構(gòu)件、普通家具和裝飾物品。

2002年，研究人員利用正交試驗(yàn)法確定了杉木中密度纖維板的加工工藝：施膠量(酚醛樹脂)為13%，熱壓溫度為175℃，熱壓時(shí)間為6min，按此工藝制備的厚9mm、密度為0.88g/cm3的杉木中密度纖維板可以滿足國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T17657-1999《人造板及飾面人造板理化性質(zhì)試驗(yàn)方法》的相關(guān)要求。

2015年，有學(xué)者利用杉木樹皮中的木質(zhì)素、酚酸等經(jīng)堿降解替代面粉和豆粉等作為酚醛樹脂的填充劑制備膠合板，并確定了熱壓最優(yōu)工藝：杉木樹皮用量為9%，熱壓壓力為1.2MPa，熱壓溫度為140℃，熱壓時(shí)間為1.2min/mm，膠合板膠合強(qiáng)度最佳，為1.12MPa[32]。

1.4 復(fù)合材料性能研究

無論是對(duì)杉木與基質(zhì)的界面結(jié)合研究，還是對(duì)杉木的改性研究，亦或?qū)τ趦上鄰?fù)合工藝與影響因子的研究，最終目的是改善杉木復(fù)合材料的各項(xiàng)性能，從而拓寬其使用范圍，延長(zhǎng)其使用壽命。

2007年，福建農(nóng)林大學(xué)的楊建華[33]制備杉木機(jī)械漿復(fù)合板和杉木化機(jī)漿復(fù)合板，研究復(fù)合板中膠原纖維含量和活性炭添加量的對(duì)其抗彎強(qiáng)度、抗壓強(qiáng)度等力學(xué)性能，甲醛、苯吸附性能，阻燃性能以及熱穩(wěn)定性的影響。

2009年，南京農(nóng)業(yè)大學(xué)的張東輝[26]的研究發(fā)現(xiàn)，杉木纖維粒徑過小，其在PP中分散不均勻，復(fù)合材料力學(xué)性能較差，粒徑過大，杉木纖維容易在界面處形成空洞缺陷，降低力學(xué)性能，增大吸水率，60目杉木纖維增強(qiáng)PP復(fù)合材料綜合性能較好。

筆者也曾利用2步擠出法分別制備杉木纖維和馬尾松纖維增強(qiáng)HDPE復(fù)合材料，研究?jī)煞N復(fù)合材料的表面明度、顏色、密度、硬度、尺寸穩(wěn)定性等物理性能和彎曲、拉伸、沖擊等力學(xué)性能以及在50N載荷作用下的24h蠕變-24h回復(fù)性能。研究發(fā)現(xiàn)2種復(fù)合材料的尺寸穩(wěn)定性均明顯優(yōu)于北方常用樹種楊木纖維/HDPE復(fù)合材料，杉木纖維/HDPE復(fù)合材料更適合在戶外潮濕環(huán)境中使用，馬尾松纖維/HDPE復(fù)合材料更適合應(yīng)用于受靜載作用的構(gòu)件[34]。木塑復(fù)合材料常用作建筑材料和戶外棧道、涼亭、座椅、包裝制品等，會(huì)長(zhǎng)期暴露于自然環(huán)境中，在貴州這樣氣候特別的省份，溫和宜人的氣候給木塑復(fù)合材料的戶外使用提供了有利的條件，但多雨濕潤(rùn)的天氣不利于延長(zhǎng)木塑復(fù)合材料的使用壽命，杉木纖維增強(qiáng)聚合物復(fù)合材料的老化性能還需進(jìn)一步研究。

2 展望

目前，全球化資源短缺和環(huán)境危機(jī)正在不斷地加劇，節(jié)能環(huán)保的產(chǎn)品將愈加受到人們的青睞。杉木作為一種天然的、可再生的自然資源有著特有的、廣泛的開發(fā)前景，其中以天然杉木為基材、用仿生技術(shù)研發(fā)復(fù)合材料就是材料科學(xué)與工程中非常重要研究方向之一。在杉木增強(qiáng)聚合物復(fù)合材料的研究和開發(fā)中，既要保證產(chǎn)品的良好使用性，同時(shí)也要兼顧自然資源的有限性并降低廢棄物的排放量，另外從原料的提取、復(fù)合材料制備和使用，到產(chǎn)品的廢棄和再生等都要符合環(huán)保要求。另一方面，杉木作為貴州省優(yōu)勢(shì)樹種，杉木的密度較低，其增強(qiáng)聚合物復(fù)合材料的研究對(duì)于貴州省開發(fā)高強(qiáng)輕質(zhì)復(fù)合材料具有重要的意義。木塑復(fù)合材料實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化，市場(chǎng)需求與產(chǎn)品成本和質(zhì)量是關(guān)鍵，應(yīng)按照市場(chǎng)應(yīng)用要求調(diào)整配方和工藝，適當(dāng)添加功能性助劑，例如防腐劑、防水劑、阻燃劑。

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