靳 玲，徐冬梅，王 杰，柳 峰

(徐州工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院 材料工程學(xué)院， 江蘇徐州 221140)

0 前言

我國是一個農(nóng)業(yè)大國，根據(jù)中國國家統(tǒng)計局公布的全國糧食生產(chǎn)數(shù)據(jù)顯示：2019年，中國的糧食總產(chǎn)量高達(dá)66 384萬t，繼續(xù)在全球各國中排名第一。其中，小麥總產(chǎn)量為13 359萬t，玉米總產(chǎn)量為26 077萬t，豆類總產(chǎn)量為2 132萬t。我國每年都會產(chǎn)生大量的農(nóng)作物植物纖維,如小麥秸稈、玉米秸稈、稻殼等[1-2]。由于農(nóng)作物植物纖維回收率低，很多會被焚燒,對生態(tài)環(huán)境造成污染和資源浪費(fèi)。以植物纖維——秸稈為例，秸稈是成熟農(nóng)作物莖葉(穗)部分的總稱，通常指小麥、水稻、玉米、薯類、油菜、棉花、甘蔗和其他農(nóng)作物(通常為粗糧)在收獲籽實(shí)后的剩余部分。早在2007年，農(nóng)業(yè)部辦公廳就發(fā)布了《農(nóng)業(yè)部辦公廳關(guān)于進(jìn)一步加強(qiáng)秸稈綜合利用禁止秸稈焚燒的緊急通知》[3]；2017年，農(nóng)業(yè)部辦公廳發(fā)布《農(nóng)業(yè)部辦公廳關(guān)于推介發(fā)布秸稈農(nóng)用十大模式的通知》[4]；2019年，農(nóng)業(yè)部辦公廳發(fā)布《農(nóng)業(yè)農(nóng)村部辦公廳關(guān)于全面做好秸稈綜合利用工作的通知》[5]。因此，秸稈再利用的意義重大。

從環(huán)境保護(hù)和資源開發(fā)利用的角度出發(fā)，對秸稈等植物纖維經(jīng)過一定的化學(xué)和機(jī)械處理后作為復(fù)合材料在國內(nèi)外己受到高度重視，并取得了一定進(jìn)展[6-9]。大多數(shù)合成高分子(例如塑料)的根本來源是石油和煤，但是這兩種資源都是儲量有限的不可再生資源，如果用植物纖維代替塑料可以節(jié)省石油等資源的消耗[10-11]。塑料的主要品種中，聚氯乙烯(PVC)是五大通用塑料之一，PVC塑料制品的應(yīng)用非常廣泛。如果植物纖維能取代部分PVC，必將節(jié)約大量的能源消耗。PVC目前的原料價格為6 300元/t，而秸稈等植物纖維的處理成本為2 500元/t，植物纖維取代部分PVC也可降低相關(guān)PVC產(chǎn)品成本。因此，筆者著力于研究PVC和不同類型植物纖維制備復(fù)合材料的相關(guān)性能，如果產(chǎn)品能達(dá)到相關(guān)的性能指標(biāo)，又能比純PVC產(chǎn)品降低成本，那將非常有利于該復(fù)合產(chǎn)品的應(yīng)用推廣。

1 植物纖維應(yīng)用簡介

小麥秸稈等植物纖維中含有纖維素、半纖維素和木質(zhì)素。其中，主要成分是纖維素(見圖1)。纖維素也是一種大分子，由7 000～10 000個葡萄糖分子呈束狀平行排列。

圖1 纖維素結(jié)構(gòu)

小麥秸稈等植物纖維所含的纖維素中含有大量羥基基團(tuán)。PVC樹脂是一個有一定極性非結(jié)晶性高聚物。相比完全非極性的塑料而言，PVC具有一定的極性是有利于和植物纖維相容的。已有的研究中，為了進(jìn)一步促進(jìn)兩相相容，會加入偶聯(lián)劑或?qū)χ参锢w維進(jìn)行預(yù)處理以及改性等[12-14]。劉俊等[15]在對稻殼纖維/PVC木塑復(fù)合材料的研究中，探索了玻璃纖維和偶聯(lián)劑的加入對復(fù)合材料力學(xué)特性的影響。LIU S S等[16]在玉米秸稈纖維/聚丙烯復(fù)合材料中使用馬來酸酐接枝聚丙烯和殼聚糖復(fù)合偶聯(lián)劑改性聚丙烯基體并對玉米秸稈纖維進(jìn)行堿處理，結(jié)果表明:復(fù)合偶聯(lián)劑比堿處理工藝改善力學(xué)性能的效果更好。ZHANG Y J等[17]對木薯釜餾殘渣通過偶聯(lián)劑、機(jī)械活化和表面處理進(jìn)行改性，結(jié)果表明：表面處理的木薯釜餾殘渣/PVC具有更好的力學(xué)性能。王宣博等[18]在PVC/稻殼粉木塑材料中加入納米TiO2，結(jié)果表明：隨著納米TiO2含量的增加，木塑復(fù)合材料的力學(xué)性能、熱穩(wěn)定性等呈現(xiàn)先增加后降低的趨勢。FENG C X等[19]在木粉/高密度聚乙烯中添加潤滑劑、增容劑可以改善復(fù)合材料熔體的流變行為和擠出加工性能。

已有的研究雖然效果明顯，但是也無形中增加了處理工藝，如果用于工業(yè)生產(chǎn)，必然提升產(chǎn)品成本。筆者以秸稈等5種植物纖維為增強(qiáng)相，以不同比例添加于PVC當(dāng)中，考察不同種類、不同比例摻雜對共混物的力學(xué)性能、熱學(xué)性能、流變加工性能及兩相共混效果的影響。探索制備高值化的PVC/植物纖維復(fù)合材料的最佳工藝條件及配比，為植物纖維的高值化利用奠定堅實(shí)的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)和理論指導(dǎo)。

2 實(shí)驗(yàn)部分

2.1 實(shí)驗(yàn)原材料

PVC，SG-5，新汶礦業(yè)集團(tuán)有限責(zé)任公司泰山鹽化工分公司；

竹粉、稻殼粉、小麥秸稈粉、玉米秸稈粉、木粉，200目，惠豐農(nóng)產(chǎn)品加工公司；

復(fù)合熱穩(wěn)定劑，自制；

丙烯酸酯類改性劑(ACR)，ZB-750，青島海瑞特化工材料有限公司；

碳酸鈣(CaCO3)，煅燒，徐州市盛通碳酸鈣廠。

2.2 實(shí)驗(yàn)設(shè)備及儀器

高溫開煉機(jī)，SK-160，無錫市第一橡塑機(jī)械有限公司；

平板硫化機(jī)，QLB-25P/Q，無錫市第一橡塑機(jī)械有限公司；

啞鈴型制樣機(jī)，QTM2000-A1，深圳三思縱橫科技股份有限公司；

缺口制樣機(jī)，QTM1000，深圳三思縱橫科技股份有限公司；

數(shù)位沖擊試驗(yàn)機(jī)，GT-7045-MD2，高鐵檢測儀器有限公司；

電子萬能試驗(yàn)機(jī)，UTM4204，深圳三思縱橫科技股份有限公司；

熱失重儀，TG209-F3，耐馳機(jī)械儀器有限公司；

開放式煉塑機(jī)，SK-160，無錫市第一橡塑機(jī)械有限公司；

轉(zhuǎn)矩流變儀，XSS-300，上?？苿?chuàng)橡塑機(jī)械設(shè)備有限公司；

掃描電鏡，Evo18，德國蔡司有限公司。

2.3 PVC基植物纖維復(fù)合材料制備的實(shí)驗(yàn)過程

表1 不同植物纖維的PVC基復(fù)合材料配方質(zhì)量份數(shù)

表2 PVC/小麥秸稈粉復(fù)合材料配方質(zhì)量份數(shù)

PVC/植物纖維復(fù)合材料制備混合條件：

(1) PVC與助劑在高速攪拌機(jī)中攪拌約5 min。

(2) 加入植物纖維,攪拌混合約3 min。

(3) 在低速捏合機(jī)中慢速混合直到材料冷卻至50～60 ℃。

(4) 在雙輥開煉機(jī)上加熱熔融混合,不斷割刀、打卷混合6～8 min,拉片下輥。 雙輥溫度約140 ℃。

PVC/植物纖維復(fù)合材料制備成型條件：

(1) 依照模具模腔裁片。

(2) 在約180 ℃的壓機(jī)上加熱壓制成型,壓力為13 MPa,壓制時間約19 min,其中預(yù)熱時間為5 min,加壓時間為10 min,冷卻時間為4 min。

2.4 性能測試及表征

拉伸性能測試，按照GB/T 1040—2006《塑料 拉伸性能的測定》測試，拉伸速率為50 mm/min，拉伸試樣為1A型。

沖擊性能測試，按照GB/T 1843—2008《塑料 懸臂梁沖擊強(qiáng)度的測定》測試，沖擊試樣為AB型。

熱失重(TG)測試，升溫速率為10 K/min，氮?dú)鈿夥?，升溫范圍?0～800 ℃。

流變性能測試，粉狀試樣，溫度為180 ℃，轉(zhuǎn)速為50 r/min。

掃描電鏡微觀形態(tài)觀察,利用掃描電鏡觀察沖擊強(qiáng)度實(shí)驗(yàn)試樣斷面。

3 結(jié)果與討論

3.1 不同植物纖維的PVC基復(fù)合材料性能分析

3.1.1 力學(xué)性能

以小麥秸稈粉、玉米秸稈粉、稻殼粉、竹粉、木粉等不同的植物纖維加入PVC中制備復(fù)合材料，對比其力學(xué)性能，結(jié)果見圖2。

圖2 純PVC材料及不同植物纖維的PVC/植物纖維復(fù)合材料的拉伸性能

由圖2可以看出：在PVC中加入植物纖維后拉伸強(qiáng)度比純PVC材料下降10%左右。在添加不同的植物纖維后，PVC/小麥秸稈粉復(fù)合材料的拉伸強(qiáng)度比其他4種復(fù)合材料的拉伸強(qiáng)度高，達(dá)到41.10 MPa；PVC/木粉復(fù)合材料的拉伸強(qiáng)度次之，達(dá)到41.08 MPa；PVC/竹粉復(fù)合材料的拉伸強(qiáng)度相對最低，僅為38.45 MPa，比純PVC材料的拉伸強(qiáng)度降低了18.72%，比PVC/小麥秸稈粉復(fù)合材料的拉伸強(qiáng)度降低了6.45%。植物纖維是一種增強(qiáng)材料，本身具有較高的強(qiáng)度，加入塑料基體后，能承受各種應(yīng)力，可增強(qiáng)復(fù)合材料的拉伸性能;但是植物纖維和塑料基體界面存在應(yīng)力集中，植物纖維難以在塑料基體內(nèi)部完全分散均勻，會出現(xiàn)團(tuán)聚等現(xiàn)象。因此，加入不同的植物纖維，其拉伸性能一般小于不含植物纖維的純PVC材料。

對比純PVC材料及PVC/植物纖維復(fù)合材料的沖擊強(qiáng)度，結(jié)果見圖3。

圖3 純PVC材料及不同植物纖維的PVC/植物纖維復(fù)合材料的沖擊性能

由圖3可以看出：在PVC中加入植物纖維后，復(fù)合材料的沖擊性能降低。PVC/竹粉復(fù)合材料的沖擊強(qiáng)度最低，從純PVC材料的6.6 kJ/m2降到了3.0 kJ/m2。PVC/稻殼粉復(fù)合材料的沖擊強(qiáng)度是復(fù)合材料中最高的，為3.8 kJ/m2。加入其他植物纖維的復(fù)合材料沖擊強(qiáng)度相差不大。

PVC是熱塑性塑料，屬于柔性材料，而植物纖維屬于剛性增強(qiáng)材料，因此剛性材料的加入增大了復(fù)合材料的剛性，PVC/植物纖維復(fù)合材料的沖擊強(qiáng)度必然低于純PVC材料。但是只要復(fù)合材料的拉伸強(qiáng)度能達(dá)到后續(xù)使用產(chǎn)品的力學(xué)性能指標(biāo)，也不會影響其后續(xù)使用。

3.1.2 熱穩(wěn)定性

對純植物纖維以及PVC/植物纖維與熱穩(wěn)定劑、潤滑劑等進(jìn)行混合后制備的復(fù)合材料分別進(jìn)行了TG測試，結(jié)果見圖4和圖5，曲線從PVC的分解溫度170 ℃開始觀察。

圖4 不同種類植物纖維熱重曲線

圖5 純PVC材料及PVC/植物纖維復(fù)合材料TG曲線

由圖4可以看出：5種植物纖維中，木粉和小麥秸稈粉的熱穩(wěn)定性最好，竹粉、稻殼粉和玉米秸稈粉的熱穩(wěn)定性相對較差。木粉從237.5 ℃開始大幅失重，到311.9 ℃達(dá)到峰值，359.8 ℃后失重趨于平緩。小麥秸稈粉從235.6 ℃開始大幅失重，到317.3 ℃達(dá)到峰值，364.8 ℃后失重趨于平緩。竹粉從219.8 ℃開始大幅失重，到322.3 ℃達(dá)到峰值，之后的失重在同等溫度下是5種植物纖維里最嚴(yán)重的,例如350 ℃時，竹粉剩余質(zhì)量分?jǐn)?shù)為32.07%，小麥秸稈粉剩余質(zhì)量分?jǐn)?shù)為45.23%。稻殼粉從197.8 ℃開始大幅失重，到317.3 ℃達(dá)到峰值，362.1 ℃后失重依然存在，并未趨于平緩。玉米秸稈粉從170 ℃開始大幅失重，是5種植物纖維里最早大幅失重的，到324.5 ℃達(dá)到峰值，363.3 ℃后失重趨于平緩。

由圖5可以看出：除了PVC/稻殼粉復(fù)合材料的TG曲線與純PVC材料的TG曲線差別較大，其他4種PVC/植物纖維復(fù)合材料的TG曲線與純PVC材料的TG曲線差別很小，幾乎重疊。這也充分說明這4種復(fù)合材料熱穩(wěn)定性幾乎可以和原材料保持一致。

PVC/稻殼粉復(fù)合材料TG曲線主要有3個階段。第一階段，PVC/稻殼粉復(fù)合材料在249.8 ℃開始分解，比其他4種復(fù)合材料質(zhì)量損失更大。294.8 ℃開始大幅度失重，第一階段PVC/稻殼粉復(fù)合材料分解總體體現(xiàn)在230～340 ℃。該階段主要由稻殼粉中的纖維素和半纖維素分解引起，PVC分解后產(chǎn)生HCl。第二階段表現(xiàn)在340～420 ℃平穩(wěn)階段。第三階段為420 ℃至測試終止。449.8 ℃開始大幅度失重，在500 ℃之后開始趨于平緩，該階段失重主要由稻殼粉中的木質(zhì)素降解以及PVC降解生成烷基苯和環(huán)烷烴引起。

其他4種PVC/植物纖維復(fù)合材料的TG曲線與純PVC材料的TG曲線差別很小，基本上分成3個階段。第一階段為230～340 ℃。290 ℃時分解最劇烈，該階段主要是PVC本身的分解以及植物纖維中的纖維素和半纖維素分解。因此，該階段復(fù)合材料的質(zhì)量損失比純PVC材料大。例如，270 ℃時，純PVC材料的剩余質(zhì)量分?jǐn)?shù)為98.46%，PVC/植物纖維復(fù)合材料的剩余質(zhì)量分?jǐn)?shù)約為92%。第二階段為340～400 ℃。該階段純PVC和復(fù)合材料質(zhì)量變化不大。第三階段為400 ℃至測試結(jié)束。該階段，純PVC、PVC/小麥秸稈粉、PVC/玉米秸稈粉、PVC/木粉、PVC/竹粉在進(jìn)一步分解后，質(zhì)量趨于穩(wěn)定，500 ℃時剩余質(zhì)量分?jǐn)?shù)約為30%。而PVC/稻殼粉復(fù)合材料在進(jìn)一步分解后，質(zhì)量趨于穩(wěn)定，500 ℃時剩余質(zhì)量分?jǐn)?shù)約為8%，相對其他4種材料剩余質(zhì)量分?jǐn)?shù)最少。

500 ℃之后5種復(fù)合材料失重緩慢，主要是材料中的生物質(zhì)熱解過程殘留物的緩慢分解,其中PVC/稻殼粉復(fù)合材料剩余質(zhì)量最少。

3.1.3 流變行為

PVC樹脂中加入不同的植物纖維及熱穩(wěn)定劑等助劑，混合后進(jìn)行轉(zhuǎn)矩流變測試，結(jié)果見圖6。

由圖6可以看出：PVC中加入植物纖維后，其流變行為產(chǎn)生了明顯的變化。復(fù)合材料中，植物纖維與PVC之間、植物纖維與植物纖維之間相互作用較大，流變行為與純PVC相比差異較大。不同植物纖維的加入對PVC復(fù)合材料的扭矩有不同程度的提高。這與力學(xué)性能降低的結(jié)果一致，加入植物纖維形成兩相，PVC與植物纖維相互之間的作用力更復(fù)雜。物料加入轉(zhuǎn)矩流變儀混合器后，會出現(xiàn)一個尖銳的加料峰，這是因?yàn)槲锪显跓徂D(zhuǎn)子的作用下開始熔融，粘連后對熱轉(zhuǎn)子產(chǎn)生了較大的阻力，導(dǎo)致轉(zhuǎn)矩上升。物料完全熔融后，轉(zhuǎn)矩又會回落。根據(jù)測試結(jié)果，PVC/竹粉復(fù)合材料的最大扭矩和平衡扭矩是5種復(fù)合材料里最高的，分別為44.1 N·m和22.4 N·m，說明其塑化能力差。PVC/木粉復(fù)合材料的最大扭矩和平衡扭矩次之，分別為33.8 N·m和22.2 N·m。PVC/稻殼粉復(fù)合材料的最大扭矩和平衡扭矩最低，分別為22.9 N·m和16.5 N·m，說明其塑化能力較好。PVC/小麥秸稈粉復(fù)合材料和PVC/玉米秸稈粉復(fù)合材料的最大扭矩和平衡扭矩居中，塑化能力中等。

圖6 純PVC材料及PVC/植物纖維復(fù)合材料的流變行為

通過對不同植物纖維的PVC基復(fù)合材料性能的研究可以看到，力學(xué)性能方面，PVC/小麥秸稈粉復(fù)合材料拉伸性能最好，沖擊強(qiáng)度雖然不是最好的，但是與其他復(fù)合材料相比差別并不大。TG測試表明，PVC/小麥秸稈粉復(fù)合材料的熱穩(wěn)定性是5種材料里非常出色的。PVC/小麥秸稈粉復(fù)合材料的流變性能也不錯，利于加工，塑化能力好，便于工業(yè)推廣。因此筆者繼續(xù)針對PVC/小麥秸稈粉復(fù)合材料進(jìn)行深入研究，研究隨著小麥秸稈粉質(zhì)量份數(shù)改變時相關(guān)性能的變化情況。

3.2 PVC/小麥秸稈粉復(fù)合材料的性能

3.2.1 力學(xué)性能

以小麥秸稈粉質(zhì)量份數(shù)為變量(PVC和小麥秸稈粉共計100份，下文中質(zhì)量分?jǐn)?shù)指小麥秸稈粉占PVC和小麥秸稈粉總質(zhì)量的比)，PVC/小麥秸稈粉復(fù)合材料力學(xué)性能測試結(jié)果見圖7～圖9。

圖7 小麥秸稈粉質(zhì)量分?jǐn)?shù)對PVC/小麥秸稈粉復(fù)合材料拉伸強(qiáng)度的影響

圖8 小麥秸稈粉質(zhì)量分?jǐn)?shù)對PVC/小麥秸稈粉復(fù)合材料沖擊性能的影響

圖9 小麥秸稈粉質(zhì)量分?jǐn)?shù)對PVC/小麥秸稈粉復(fù)合材料斷裂伸長率的影響

由圖7可以看出：隨著小麥秸稈粉質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增加，PVC/小麥秸稈粉復(fù)合材料的拉伸強(qiáng)度先降低后升高。小麥秸稈粉質(zhì)量分?jǐn)?shù)為29%時，PVC/小麥秸稈粉復(fù)合材料的拉伸強(qiáng)度最高，達(dá)到48.34 MPa，比純PVC材料的拉伸強(qiáng)度提高了2.20%。但是在小麥秸稈粉質(zhì)量分?jǐn)?shù)為17%時，拉伸強(qiáng)度最小，只有41.100 MPa，比純PVC材料的拉伸強(qiáng)度降低了13.11%，比小麥秸稈粉質(zhì)量分?jǐn)?shù)為29%時PVC/小麥秸稈粉復(fù)合材料的拉伸強(qiáng)度降低了14.98%。小麥秸稈粉質(zhì)量分?jǐn)?shù)為9%和23%時，PVC/小麥秸稈粉復(fù)合材料的拉伸強(qiáng)度基本相等，約為46 MPa。

小麥秸稈粉是一種增強(qiáng)材料，加入塑料基體后，塑料包裹小麥秸稈粉，成為小麥秸稈粉之間的黏合劑，提高了復(fù)合材料的力學(xué)性能，可增強(qiáng)復(fù)合材料的拉伸性能。但是小麥秸稈粉和塑料基體由于是兩相，相容性較差，界面存在應(yīng)力集中，小麥秸稈粉難以在塑料基體內(nèi)部完全分散均勻，會出現(xiàn)團(tuán)聚等現(xiàn)象。因此，小麥秸稈粉質(zhì)量分?jǐn)?shù)為9%、17%、23%時，其拉伸性能均小于純PVC材料。小麥秸稈粉質(zhì)量分?jǐn)?shù)為17%時，材料拉伸強(qiáng)度最小，此時小麥秸稈粉對復(fù)合材料的不利效果(團(tuán)聚、應(yīng)力集中)起到了主導(dǎo)作用。小麥秸稈粉質(zhì)量分?jǐn)?shù)為29%時，復(fù)合材料拉伸性能大于純PVC材料，說明此時小麥秸稈粉增強(qiáng)塑料基體的效果起到了主導(dǎo)作用。

由圖8可以看出：隨著小麥秸稈粉質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增加，PVC/小麥秸稈粉復(fù)合材料沖擊強(qiáng)度先降低，然后趨于平緩。當(dāng)小麥秸稈粉質(zhì)量分?jǐn)?shù)為9%時，PVC/小麥秸稈粉復(fù)合材料的沖擊強(qiáng)度達(dá)到峰值，為4.15 kJ/m2，當(dāng)小麥秸稈粉質(zhì)量分?jǐn)?shù)為17%、23%、29%時，沖擊強(qiáng)度基本在3 kJ/m2左右。

由圖9可以看出：隨著小麥秸稈粉的加入，復(fù)合材料的斷裂伸長率大幅下降，與復(fù)合材料的沖擊強(qiáng)度趨勢基本一致，基本維持在5%左右?？梢姡←溄斩挿鄣募尤虢档土瞬牧系捻g性。這與不同類型植物纖維加入PVC的復(fù)合材料沖擊強(qiáng)度降低的原因是一樣的。PVC是熱塑性塑料，屬于柔性材料，而小麥秸稈粉屬于剛性增強(qiáng)材料，隨著小麥秸稈粉在復(fù)合材料中的用量加大，復(fù)合材料的剛性增大，沖擊強(qiáng)度必然降低。

3.2.2 掃描電鏡結(jié)果分析

對PVC/小麥秸稈粉復(fù)合材料的沖擊斷面進(jìn)行了掃描電鏡觀察，結(jié)果見圖10。

由圖10可以看出：PVC中加入小麥秸稈粉后，對材料內(nèi)部形貌影響較大。圖10(a)中未加入小麥秸稈粉，其他填料會出現(xiàn)不嚴(yán)重的團(tuán)聚現(xiàn)象，表面平整性較好。隨著小麥秸稈粉的加入，小麥秸稈粉分散,出現(xiàn)越來越嚴(yán)重的團(tuán)聚現(xiàn)象(如圓圈所示)，表面平整性也被嚴(yán)重破壞，樹脂附著少，存在小麥秸稈粉從樹脂基體中拔出的現(xiàn)象(如箭頭所示)，甚至出現(xiàn)孔洞等現(xiàn)象(如三角所示)，這些都是復(fù)合材料的缺陷。由圖10(e)可以看出:小麥秸稈粉質(zhì)量分?jǐn)?shù)為29%時，小麥秸稈粉分散,再次出現(xiàn)嚴(yán)重團(tuán)聚現(xiàn)象以及較大的孔洞。在PVC/小麥秸稈粉復(fù)合材料中，PVC是主要成分，在熱壓過程中由于材料黏性較大，導(dǎo)致復(fù)合材料內(nèi)部氣體不易排出，因此材料內(nèi)部有氣孔出現(xiàn)。另外，熱壓過程中，小麥秸稈粉中纖維素上大量的羥基(—OH)會形成氫鍵，容易團(tuán)聚。

(a) 小麥秸稈粉質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0%

掃描電鏡觀察結(jié)果說明PVC與小麥秸稈粉兩相黏結(jié)不良，兩相相容性較差。小麥秸稈粉用量越多，兩相相容性越差。這與復(fù)合材料的沖擊強(qiáng)度降低以及拉伸強(qiáng)度降低的結(jié)果完全一致。

4 結(jié)語

綜上所述，可以得出以下結(jié)論：

(1) 在不同的PVC/植物纖維復(fù)合材料中，PVC/小麥秸稈粉復(fù)合材料力學(xué)性能最好。PVC/小麥秸稈粉復(fù)合材料的拉伸強(qiáng)度比其他4種復(fù)合材料的拉伸強(qiáng)度高，達(dá)到41.10 MPa。加入稻殼粉的復(fù)合材料沖擊強(qiáng)度是復(fù)合材料中最高的，為3.8 kJ/m2。加入其他植物纖維的復(fù)合材料沖擊強(qiáng)度相差不大，約為3 kJ/m2。

(2) 在不同的PVC/植物纖維復(fù)合材料中，PVC/小麥秸稈粉、PVC/玉米秸稈粉、PVC/木粉、PVC/竹粉4種PVC/植物纖維復(fù)合材料的TG曲線與純PVC材料的TG曲線差別很小，都體現(xiàn)了較好的熱穩(wěn)定性。

(3) 在不同的PVC/植物纖維復(fù)合材料中， PVC/竹粉的流變性能最佳， PVC/小麥秸稈粉的流變性較好，PVC/稻殼粉的流變性最差。

(4) 隨著小麥秸稈質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增加，小麥秸稈粉質(zhì)量分?jǐn)?shù)為29%時復(fù)合材料的拉伸強(qiáng)度最大，為48.34 MPa，小麥秸稈粉質(zhì)量分?jǐn)?shù)為17%時復(fù)合材料的拉伸強(qiáng)度最小，為41.10 MPa。掃描電鏡結(jié)果表明：隨著小麥秸稈粉的加入，小麥秸稈粉分散,出現(xiàn)越來越嚴(yán)重的團(tuán)聚現(xiàn)象，表面平整性也被嚴(yán)重破壞，樹脂附著少，存在小麥秸稈粉從樹脂基體中拔出的現(xiàn)象，甚至出現(xiàn)孔洞等。因此，綜合考慮，當(dāng)小麥秸稈粉質(zhì)量分?jǐn)?shù)為23%時復(fù)合材料的綜合性能較好。