韓雨潼，王曠，卜香婷，李大綱

長竹纖維束定向增強(qiáng)聚丙烯復(fù)合材料

韓雨潼，王曠，卜香婷，李大綱

（南京林業(yè)大學(xué) 材料科學(xué)與工程學(xué)院，南京 210037）

以我國資源豐富的竹子和聚丙烯（PP）作為原料，研究竹材的預(yù)處理和成形工藝對其物理力學(xué)性能的影響，擴(kuò)大竹材的應(yīng)用領(lǐng)域。通過堿液預(yù)處理，對竹條進(jìn)行軟化分絲。然后，利用熱壓技術(shù)將所提取的竹子與聚丙烯進(jìn)行復(fù)合，并調(diào)節(jié)熱壓工藝，得出最優(yōu)參數(shù)。使用質(zhì)量分?jǐn)?shù)為6%的NaOH，在100 ℃下預(yù)處理2.5 h，通過輥壓疏解，制備長竹纖維束（LBF），LBF的抗拉強(qiáng)度為397.2 MPa。經(jīng)過處理后，LBF/PP復(fù)合材料的儲能模量達(dá)到9.49 GPa，比未處理的LBF/PP復(fù)合材料提升了11.5%。確定了最優(yōu)熱壓條件：溫度為190 ℃、時間為20 min、壓力為6 MPa。隨著長竹纖維含量的增加，LBF/PP復(fù)合材料的耐水性降低。使用長竹纖維束所制備的LBF/PP復(fù)合材料具有優(yōu)異的物理力學(xué)性能，有望作為結(jié)構(gòu)材料應(yīng)用于集裝箱、托盤等，在包裝應(yīng)用領(lǐng)域有較好的前景。

聚丙烯；竹塑復(fù)合材料；長竹纖維束；熱壓工藝；力學(xué)性能

近年來，高分子復(fù)合材料在工業(yè)上應(yīng)用較為廣泛[1-2]。由于無機(jī)纖維的使用，復(fù)合材料往往加劇了對環(huán)境的污染。生物質(zhì)材料因其生物降解性好、溫室氣體排放少、基材可再生等特點(diǎn)受到了廣泛的關(guān)注[3]。

竹纖維（BF）是天然纖維中很受歡迎的一種材料，其比強(qiáng)度幾乎可以與玻璃纖維相媲美。竹子不但能快速成長，而且在3年內(nèi)可以達(dá)到最佳強(qiáng)度，同時，它的力學(xué)性能也比其他天然纖維要好。竹類纖維具有較大的比表面積，優(yōu)良的力學(xué)性能，可再生性，生物降解性，密度低，價格低廉等優(yōu)點(diǎn)，使它具有廣闊的工業(yè)前景[4-5]，因此，竹材是天然纖維復(fù)合材料開發(fā)的一種合適選擇。竹材纖維表面化學(xué)極性強(qiáng)，且與聚丙烯等樹脂材料界面相容性較差，從而導(dǎo)致了內(nèi)部應(yīng)力在界面中無法實(shí)現(xiàn)高效傳遞，嚴(yán)重影響了材料的綜合性能[6-8]。在生產(chǎn)竹纖維/聚丙烯復(fù)合材料（LBF/PP）過程中，怎樣改善親水型的BF表面與疏水性PP界面的相容性是必須研究的重點(diǎn)課題。堿法是一種較好的處理方式，它并不會引起纖維的化學(xué)結(jié)構(gòu)改變，卻會使其物理性質(zhì)改變，堿處理可以增大纖維比表面積，使纖維與PP的有效接觸面增加，從而增強(qiáng)機(jī)械黏合力[9-14]。

目前，國內(nèi)學(xué)者已廣泛使用竹粉和短竹纖維作為增強(qiáng)材料，并經(jīng)過分析研究表明，纖維的長徑比如果不足20，其結(jié)構(gòu)在材料中僅具有填充的功能，對材料的強(qiáng)化作用小[15-17]。

為了從竹條中最大程度制備提取長竹纖維束，設(shè)置預(yù)處理溫度為100 ℃，通過堿液預(yù)處理、輥壓疏解等工藝制備長竹纖維束（LBF），研究堿液預(yù)處理對長竹纖維束的影響。同時，為使竹纖維束的定向增強(qiáng)效果最大化，采用熱壓成型技術(shù)制備LBF/PP復(fù)合材料，通過改變工藝系數(shù)以及LBF的體積分?jǐn)?shù)，進(jìn)一步探討其在LBF/PP復(fù)合材料上的力學(xué)性能以及在微觀狀態(tài)的改變情況[18]。

1 實(shí)驗(yàn)

1.1 材料

主要材料：竹條，建甌蒲公英竹葉有限公司；PH–5567等規(guī)聚丙烯，陶氏化學(xué)。

1.2 儀器

1.3 方法

1.3.1 原材料的預(yù)處理

配置質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5%的NaOH溶液，將竹條和質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5%的NaOH溶液放置于燒杯中（質(zhì)量比為1∶5），固定蒸煮時間6 h，經(jīng)60 ℃水浴加熱后得到堿處理竹條。通過三輥壓延機(jī)對堿處理竹條進(jìn)行輥壓疏解，再放置于70 ℃真空干燥箱中干燥24 h，梳理后得到LBF。

1.3.2 LBF/PP復(fù)合材料的制備

稱取絕干的LBF和PP，使LBF被PP粉末層層包裹，通過使用分段式加熱加壓對材料進(jìn)行復(fù)合：在第1階段，采用預(yù)壓壓力為2 MPa、熱壓溫度為160 ℃、預(yù)壓為120 s，經(jīng)水循環(huán)冷卻降至室溫后，從模具中脫模。將制備好的LBF/PP復(fù)合材料裁切成長度為30 cm、寬度為2 cm的薄片后進(jìn)行二次熱壓（壓力為4 MPa、溫度為170 ℃、預(yù)壓為300 s）。第2階段時，經(jīng)冷壓處理（時間為15 min、壓力為6 MPa）后，冷卻至室溫脫模后得到樣條。

通過正交實(shí)驗(yàn)法，探討不同體積分?jǐn)?shù)（50%、60%、70%、80%）的LBF、溫度（160、170、180、190 ℃）、壓力（2、4、6、8 MPa）、時間（10、15、20、25 min）對材料力學(xué)性能影響。

1.4 測試與表征

1.4.1 力學(xué)性能測定

使用萬能力學(xué)試驗(yàn)機(jī)對試樣開展了抗彎性能的測試，參照ASTM–D790–2010進(jìn)行。室溫下，將試件夾持在夾具上，調(diào)整應(yīng)力和應(yīng)變?yōu)榱?，試件寬度?0 mm，厚度為3 mm，設(shè)定跨度為52 mm、下壓速率為5 mm/min進(jìn)行測試。每個樣本進(jìn)行5次重復(fù)測試，計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)差。

社區(qū)大學(xué)特別重視成人學(xué)習(xí)的特性，將學(xué)員視為學(xué)習(xí)的主體，教學(xué)內(nèi)容也專門針對社區(qū)學(xué)生學(xué)習(xí)的需求。這是社區(qū)大學(xué)教師和其他普通高等教育或者高等職業(yè)教育教師的不同之處。社區(qū)大學(xué)教師專業(yè)發(fā)展的內(nèi)容主要有以下五個方面。

1.4.2 紅外光譜分析測定

用Nicoiet IS10能譜儀在600～4 000 cm–1波段范圍內(nèi)，每個光譜的分辨率為4 cm–1，采集了長竹纖維和通過層積模壓成型制備的LBF/PP復(fù)合材料的紅外光譜圖。每種樣品觀察4次，確定特定基團(tuán)的峰變化。

1.4.3 復(fù)合材料動態(tài)力學(xué)分析測定

通過動態(tài)力學(xué)分析儀（DMA）對復(fù)合材料的動態(tài)粘彈性能進(jìn)行測試。在單懸臂模式下，以3種不同的頻率（1、2、5 Hz）進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。溫度測量范圍為?60～120 ℃，動態(tài)載荷為2 N，振幅為60 μm。保護(hù)氣氛為氮?dú)狻?/p>

1.4.4 掃描電子顯微鏡（SEM）測試

通過SEM觀察復(fù)合材料，其中復(fù)合材料用液氮冷凍后迅速沖擊脆斷。樣品在拍攝前預(yù)先 50 ℃干燥 12 h，將試樣黏合在試樣臺上，然后把試樣放入離子濺射裝置內(nèi)，然后蓋上空腔蓋，所有樣品噴金30～60 s以避免導(dǎo)電。

將鍍金后的試樣置于電鏡觀測室，在抽空后調(diào)整試樣與電子槍的間距為8 mm，設(shè)置10 kV的加速電壓，涂層電流10 mA，選擇適當(dāng)?shù)姆糯蟊稊?shù)及點(diǎn)位進(jìn)行觀測。

1.4.5 吸水率測試

根據(jù)GB/T 1034—2008測試吸水率和厚度膨脹率，吸水率（a）和厚度膨脹率（s）的計(jì)算式見式（1）—（2）。

(1)

(2)

式中：1為在浸漬之前干燥后樣品的質(zhì)量，mg；2為在浸漬后樣品的質(zhì)量，mg；1為浸漬之前干燥后樣品的厚度，mm；2為浸漬后樣品的厚度，mm[19-20]。

2 結(jié)果與分析

2.1 堿液預(yù)處理對LBF的影響

不同條件下堿液預(yù)處理對LBF的影響見圖1a，LBF中半纖維素的降解速度隨NaOH濃度的增大而加速，含膠率迅速降低，在NaOH的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5%時，NaOH的溶解速率達(dá)到飽和狀態(tài)。在NaOH質(zhì)量分?jǐn)?shù)小于5%時，LBF的拉伸強(qiáng)度隨NaOH濃度的升高而提高[21]，而當(dāng)質(zhì)量分?jǐn)?shù)高于6%時，纖維素可能發(fā)生降解或結(jié)構(gòu)損傷，所以拉伸性能有所下降（圖1a）。隨著反應(yīng)時間延長，竹材內(nèi)的木質(zhì)素、半纖維素的溶出增加，在反應(yīng)期間，竹材的脫膠由外向內(nèi)進(jìn)行，反應(yīng)時間短時，只與竹材表面的膠體發(fā)生反應(yīng)，但隨反應(yīng)時間的增加，堿液滲透到竹材內(nèi)部，膠質(zhì)快速溶出，更有助于LBF的制備，因此拉伸性能提高（圖1b）。溫度過低時，反應(yīng)速率較低，膠質(zhì)溶解速度較慢，當(dāng)溫度升高至90 ℃后，膠質(zhì)溶解速度急劇提升，拉伸強(qiáng)度提高（圖1c）。堿液質(zhì)量分?jǐn)?shù)對LBF的制備影響大于預(yù)處理溫度、時間。綜合除膠率和拉伸性能等因素的影響，確定NaOH的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為6%，在100 ℃下處理2.5 h為較佳處理工藝。

由圖2可看出，長竹纖維定向增強(qiáng)聚丙烯復(fù)合材料儲存模量在整個溫度范圍，較PP有大提高。由于長竹纖維束的加入使復(fù)合材料的剛性大大增強(qiáng)。當(dāng)材料受外載力作用時，作為增強(qiáng)材料的長竹纖維束可承擔(dān)大部分載荷，吸收大量的應(yīng)力，因而使復(fù)合材料呈現(xiàn)出高動態(tài)剛性。隨著溫度的升高，PP分子鏈滑移快速增加，復(fù)合材料整體剛性降低，因而儲存模量下降。堿處理長竹纖維束作增強(qiáng)材料時，堿進(jìn)一步溶去了長竹纖維束表面雜質(zhì)，使纖維表面更潔凈，比表面積增大，機(jī)械互鎖能力提高，因而儲存模量增加。

圖1 不同條件下的預(yù)處理對LBF的性能影響

圖2 復(fù)合材料儲能模量隨溫度變化曲線

2.2 工藝參數(shù)對LBF/PP性能影響

熱壓溫度越高，復(fù)合材料的力學(xué)性能越好（圖3a）。在190 ℃時，復(fù)合材料抗彎強(qiáng)度達(dá)到166.3 MPa，彎曲模量為10.7 GPa。通過熱壓，PP從固體相轉(zhuǎn)變到流動相，隨著溫度的升高，PP熔融效果提高，這樣可使PP得以包覆或滲入LBF內(nèi)，通過低溫冷壓處理，PP重塑成固體相，與LBF緊密結(jié)合。同時，隨著溫度的提高，纖維中的半纖維素?zé)峤到?，羥基數(shù)量減少，纖維表面極性降低，有助于與PP基體的復(fù)合，從而力學(xué)性能提高。

熱壓壓力越高，復(fù)合材料的力學(xué)性能越好（圖3b）。通過熱壓壓力，熔融狀態(tài)的PP進(jìn)一步滲透到LBF表面的空隙，以膠釘形式嵌入，形成良好的物理結(jié)合。熱壓壓力增至6 MPa后，結(jié)果表明，復(fù)合材料的抗拉強(qiáng)度提高的趨勢明顯減弱，復(fù)合材料的密度達(dá)到高點(diǎn)，在這種情況下，該復(fù)合材料抗彎強(qiáng)度為173.2 MPa，彎曲模量為14.7 GPa。當(dāng)熱壓達(dá)到8 MPa時，其彎曲模量降低，壓力過高時，可能會破壞LBF的結(jié)構(gòu)，從而影響剛度。

熱壓時間越長，復(fù)合材料的力學(xué)性能越好（圖3c）。在熱壓時間為25 min時，彎曲強(qiáng)度最高為176.2 MPa時，此時彎曲模量為12.6 GPa。PP的熱壓時間太短，熔化程度不夠，流動性較差，難以實(shí)現(xiàn)包裹，材料的均勻性較差。在20～25 min的熱壓時間內(nèi)，復(fù)合材料的力學(xué)性能無明顯變化，說明在20 min時，PP已經(jīng)充分熔融，流動性較好，熱壓時間的延長并不能顯著提升PP的熔融性。

綜上，熱壓工藝的最佳參數(shù)為溫度180 ℃、時間20 min、壓力6 MPa。

圖3 熱壓工藝對LBF/PP復(fù)合材料力學(xué)性能的影響

2.3 LBF添加量對LBF/PP復(fù)合材料物理力學(xué)性能的影響

在熱壓條件相同的情況下，如圖4所示，LBF體積分?jǐn)?shù)的增大，其彎曲強(qiáng)度和彎曲模量呈先增大后減小的趨勢，在LBF體積分?jǐn)?shù)為70%時達(dá)到最大，分別為212 MPa、16.4 GPa。將LBF與PP復(fù)合制成復(fù)合材料后，LBF和PP共同承受承載力。由于LBF的承載能力比PP大得多，所以在承受了一定的壓力后，負(fù)載通過PP向LBF傳遞，在有效地轉(zhuǎn)移了荷載的情況下，LBF的含量越高，其在復(fù)合材料中“骨架”的作用越明顯，復(fù)合材料的彎曲性能越好。當(dāng)纖維體積分?jǐn)?shù)大于70%時，結(jié)果表明，復(fù)合材料的抗彎強(qiáng)度和抗彎模量降低。在熱壓成型工藝中，PP在較高溫度下熔化，并在壓力作用下向LBF間的空隙流動，并進(jìn)入LBF的內(nèi)孔，在LBF表面形成膠釘結(jié)構(gòu)，但當(dāng)LBF體積分?jǐn)?shù)較高時，LBF束密度較高，熔融的PP樹脂在纖維內(nèi)的流動阻力增加，有的位置甚至沒有樹脂流入，因此，LBF與PP的黏結(jié)性降低，界面性能差，內(nèi)部應(yīng)力傳遞不均勻，導(dǎo)致復(fù)合材料力學(xué)性能有所下降。

復(fù)合材料的吸水率（a）和厚度膨脹率（s）隨著時間的延長，呈現(xiàn)出先迅速增長，而后趨于平緩的趨勢（圖5）。在72 h時，a和s達(dá)到飽和狀態(tài)。在理想狀態(tài)下，復(fù)合材料的上下2層均由聚丙烯樹脂包覆，其吸水性接近于0。復(fù)合材料的a和s均隨纖維含量的增加而提高，纖維體積分?jǐn)?shù)越小，PP樹脂越可以盡可能地包裹住LBF，纖維體積分?jǐn)?shù)增加至80%后，復(fù)合材料的a和s快速上升，分別為33.4%和32.2%。這是由于LBF表面含有大量的親水性羥基，且PP的包裹性能較差，導(dǎo)致水分在接觸到表面時，會迅速被復(fù)合材料吸收。

通過對復(fù)合材料的機(jī)械性能和耐水性能進(jìn)行分析得出，在復(fù)合材料中LBF的體積分?jǐn)?shù)為70%的情況下綜合性能最優(yōu)，其彎曲強(qiáng)度和彎曲模量分別為212 MPa、16.4 GPa。在24 h時，a和s分別為15.2%和10.3%。

圖4 LBF體積分?jǐn)?shù)對LBF/PP復(fù)合材料力學(xué)性能影響

2.4 LBF/PP復(fù)合材料斷面微觀形貌分析（SEM）

LBF/PP復(fù)合材料的斷面微觀形貌分析圖見圖6，利用掃描電鏡對不同含量堿處理的LBF復(fù)合材料的斷面結(jié)構(gòu)進(jìn)行了表征。當(dāng)LBF體積分?jǐn)?shù)為50%時，LBF被PP完全包裹，但此時由于LBF含量較低，在復(fù)合材料中所起到的骨架結(jié)構(gòu)作用較弱，因此彎曲強(qiáng)度較差。由于PP樹脂對LBF的有效包裹，使得復(fù)合材料具有良好的耐水性能。當(dāng)LBF體積分?jǐn)?shù)為70%時，斷面上PP含量減少，PP對LBF的包裹不均勻，復(fù)合材料的耐水性能下降。

圖5 LBF體積分?jǐn)?shù)對LBF/PP復(fù)合材料吸水率和厚度膨脹率的影響

圖6 LBF/PP復(fù)合材料的斷面微觀形貌分析

3 結(jié)語

采用質(zhì)量分?jǐn)?shù)為6%的NaOH，在100 ℃下預(yù)處理2.5 h，通過輥壓疏解制備長竹纖維束（LBF），LBF的拉伸強(qiáng)度達(dá)到了397.2 MPa。經(jīng)NaOH處理的LBF/PP復(fù)合材料的儲能模量達(dá)到9.49 GPa，比未經(jīng)NaOH處理的LBF/PP復(fù)合材料提升了11.5%。確定熱壓工藝條件：溫度為190 ℃、時間為20 min、壓力為6 MPa。在LBF體積分?jǐn)?shù)為70%時，LBF/PP復(fù)合材料的力學(xué)性能最佳，彎曲強(qiáng)度和彎曲模量分別為212 MPa、16.4 GPa。隨著長竹纖維束在復(fù)合材料中體積分?jǐn)?shù)增加，LBF/PP復(fù)合材料的吸水率變高。使用長竹纖維束所制備的LBF/PP復(fù)合材料具有優(yōu)異的物理力學(xué)性能，有望作為結(jié)構(gòu)材料應(yīng)用于集裝箱、托盤等，在包裝應(yīng)用領(lǐng)域有較好的前景。

[1] 馬建, 孫銘, 裴悅彤, 等. 天然生物質(zhì)纖維增強(qiáng)復(fù)合結(jié)構(gòu)材料的制備方法研究[J]. 甘肅科技, 2021, 37(18): 41-43.

MA Jian, SUN Ming, PEI Yue-tong, et al. The Research on Preparation Methods of Natural Biomass Fiber Reinforced Composite Structural Materials[J]. Gansu Science and Technology, 2021, 37(18): 41-43.

[2] PAVEL C, PETR B, PAVEL K, et al. Highly Hydrophobic Organosilane-Functionalized Cellulose: A Promising Filler for Thermoplastic Composites[J]. Materials, 2021, 14(8): 342-362.

[3] CHEN Hong, YU Yan, ZHONG Tu-hua, et al. Effect of Alkali Treatment on Microstructure and Mechanical Properties of Individual Bamboo Fibers[J]. Cellulose, 2017, 24(1): 333-347.

[4] 馬曉宇, 劉婷婷, 崔素萍, 等. 生物質(zhì)材料的制備及其資源化利用進(jìn)展[J]. 北京工業(yè)大學(xué)學(xué)報, 2020, 46(10): 1204-1212.

MA Xiao-yu, LIU Ting-ting, CUI Su-ping, et al. Research Progress on Preparation and Resource Utilization of Biomass Materials[J]. Journal of Beijing University of Technology, 2020, 46(10): 1204-1212.

[5] 黎晨欣. 改性竹纖維/聚丙烯復(fù)合材料結(jié)構(gòu)與性能研究[D]. 上海: 上海第二工業(yè)大學(xué), 2021: 53-67.

LI Chen-xin. Structure and Performance of Modified Bamboo Fiber/Polypropylene Composite[D]. Shanghai: Shanghai Polytechnic University, 2021: 53-67.

[6] CHEN Hong, ZHANG Wen-fu, WANG Xue-hua, et al. Effect of Alkali Treatment on Wettability and Thermal Stability of Individual Bamboo Fibers[J]. Journal of Wood Science, 2018, 64(4): 398-405.

[7] CHIU H H, YOUNG W B. The Longitudinal and Transverse Tensile Properties of Unidirectional and Bidirectional Bamboo Fiber Reinforced Composites. Fibers And Polymers, 2020, 21(12): 2938-2948.

[8] 周嚇星, 袁峰, 王嘉輝, 等. APP/ADP對竹粉/聚丙烯復(fù)合材料的協(xié)效阻燃[J]. 林業(yè)工程學(xué)報, 2020, 5(6): 36-42.

ZHOU Xia-xing, YUAN Feng, WANG Jia-hui, et al. Synergistic Flame Retardant of APP/ADP on Bamboo Powder/Polypropylene Composites[J]. Journal of Forestry Engineering, 2020, 5(6): 36-42.

[9] HU Guang, CAI Shen-yang, ZHOU Ying-hui, et al. Enhanced Mechanical and Thermal Properties of Poly(Lactic Acid)/Bamboo Fiber Composites via Surface Modification[J]. Journal of Reinforced Plastics and Composites, 2018, 37(12): 841-852.

[10] ITO A, SEMBA T, KITAGAWA K, et al. Cell Morphologies and Mechanical Properties of Cellulose Nanofiber Reinforced Polypropylene Foams[J]. Journal of Cellular Plastics, 2019, 55(4): 385-400.

[11] 徐燦. 竹纖維/乙烯基樹脂復(fù)合材料的RTM成型工藝及其性能[D]. 哈爾濱: 東北林業(yè)大學(xué), 2021: 76-87.

XU Can. RTM Process and Properties of Bamboo Fiber/Vinyl Ester Resin Composites[D]. Harbin: Northeast Forestry University, 2021: 76-87.

[12] 李衛(wèi)林, 林維晟, 楊雯, 等. 堿煮氧化工藝制備竹纖維及結(jié)構(gòu)性能表征[J]. 林產(chǎn)工業(yè), 2021, 58(1): 6-10.

LI Wei-lin, LIN Wei-sheng, YANG Wen, et al. Preparation and Structure Characterization of Bamboo Fiber by Alkali-Boiling and NaClO Oxidation[J]. China Forest Products Industry, 2021, 58(1): 6-10.

[13] 左迎峰, 李萍, 劉文杰, 等. 堿處理對竹纖維/聚乳酸可降解復(fù)合材料性能影響研究[J]. 功能材料, 2018, 49(2): 2006-2012.

ZUO Ying-feng, LI Ping, LIU Wen-jie, et al. Effect of Alkaline Treatment on the Properties of Bamboo Fiber/Polylactic Acid Biodegradable Composite[J]. Journal of Functional Materials, 2018, 49(2): 2006-2012.

[14] SUN Xiao-feng, HE Min-juan, LI Zheng. Novel Engineered Wood and Bamboo Composites for Structural Applications: State-of-Art of Manufacturing Technology and Mechanical Performance Evaluation[J]. Construction and Building Materials, 2020, 249: 118751.

[15] TECHAWINYUTHAM L, FRICK A, SIENGCHIN S. Polypropylene/Maleic Anhydride Grafted Polypropylene (MAgPP)/Coconut Fiber Composites[J]. Advances in Mechanical Engineering, 2016, 8(5): 345-354.

[16] WANG B J, YOUNG W B. The Natural Fiber Reinforced Thermoplastic Composite Made of Woven Bamboo Fiber and Polypropylene. Fibers And Polymers. 2021, 234(6): 233-243.

[17] YOON H J, GIL B M, LEE H, et al. Thermal and Mechanical Properties of Polypropylene/Cellulose Nanofiber Composites[J]. Polymer Korea, 2020, 44(3): 255-263.

[18] 祁獻(xiàn)超, 姚文斌, 張蔚, 等. 輕薄型長竹原纖維/環(huán)氧樹脂復(fù)合板材制備及性能[J]. 工程塑料應(yīng)用, 2021, 49(11): 62-67.

QI Xian-chao, YAO Wen-bin, ZHANG Wei, et al. Preparation and Properties of Light and Thin Type Bamboo Fiber/Epoxy Resin Composite Board[J]. Engineering Plastics Application, 2021, 49(11): 62-67.

[19] 左迎峰, 李文豪, 李萍, 等. 竹纖維/聚乳酸可降解復(fù)合材料的增塑改性[J]. 林業(yè)工程學(xué)報, 2018, 3(1): 77-82.

ZUO Ying-feng, LI Wen-hao, LI Ping, et al. Plasticization of Bamboo Fiber/Polylactic Acid Degradable Composite[J]. Journal of Forestry Engineering, 2018, 3(1): 77-82.

[20] 趙鶴, 苗慶顯, 黃六蓮, 等. 竹原長纖維制備及其增強(qiáng)聚丙烯復(fù)合材料研究[J]. 林業(yè)工程學(xué)報, 2021, 6(5): 96-103.

ZHAO He, MIAO Qing-xian, HUANG Liu-lian, et al. Preparation of Long Bamboo Fiber and Its Reinforced Polypropylene Membrane Composites[J]. Journal of Forestry Engineering, 2021, 6(5): 96-103.

[21] 黃慧. 長竹纖維束提取及其增強(qiáng)聚丙烯復(fù)合材料制備[D]. 南京: 南京林業(yè)大學(xué), 2018: 54-66.

HUANG Hui. Extraction of Long Bamboo Fiber Bundles and Preparation of Their Reinforcing Polypropylene Composites[D]. Nanjing: Nanjing Forestry University, 2018: 54-66.

Long Bamboo Fiber Bundle Directional Reinforced Polypropylene Composite

HAN Yu-tong, WANG Kuang, BU Xiang-ting, LI Da-gang

(College of Materials Science and Engineering, Nanjing Forestry University, Nanjing 210037, China)

The work aims to prepare high performance long bamboo fiber bundle/polypropylene composite with rich bamboo and polypropylene (PP) in China, explore the effects of bamboo pretreatment and molding process on the physical and mechanical properties of the composite and broaden the application of bamboo material. The bamboo strips were softened and devillicated through pretreatment with alkali liquor. Then, the extracted bamboo was composed with polypropylene through hot pressing. The optimal parameters were obtained by adjusting the hot pressing process. After pretreatment with 6% sodium hydroxide at 100 ℃ for 2.5 h and decompression by roller, LBF was prepared. The tensile strength of LBF reached 397.2 MPa. After pretreatment, the energy storage modulus of LBF/PP composite was 9.49 GPa, which was 11.5% higher than that of the untreated LBF/PP composite. The optimum hot pressing process was determined as follows: temperature 190 ℃, time 20 min, pressure 6 MPa. With the increase of bamboo fiber content, the water resistance of LBF/PP composite was decreased. LBF/PP composites prepared with long bamboo fiber bundles have excellent physical and mechanical properties, and are expected to be used as structural materials for containers and pallets, and have a good prospect in packaging application.

polypropylene; bamboo plastic composites; long bamboo fiber bundle; hot pressing process; mechanical property

TB332

A

1001-3563(2022)13-0017-07

10.19554/j.cnki.1001-3563.2022.13.003

2021?11?29

國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目（031020151）

韓雨潼（1998—），男，南京林業(yè)大學(xué)碩士生，主攻生物質(zhì)復(fù)合材料。

李大綱（1959—），男，博士，南京林業(yè)大學(xué)教授，主要研究方向?yàn)樾滦桶b材料、納米纖維素制備。

責(zé)任編輯：曾鈺嬋