竹塑复合材料吸水性能的研究

李大纲 闫微丽 何强 代绍君

(1南京林业大学 江苏 南京210037 2 遵义市生产力促进中心 贵州 遵义563000 3 贵州新锦竹木制品有限公司 贵州 赤水564707)

竹塑复合材料吸水性能的研究

李大纲1闫微丽1何强2代绍君3

(1南京林业大学 江苏 南京210037 2 遵义市生产力促进中心 贵州 遵义563000 3 贵州新锦竹木制品有限公司 贵州 赤水564707)

对楠竹/新PE、楠竹/回收PE、杂竹/回收PE 3种竹塑复合材料的吸水性能进行了研究，结果表明：（1）温度是影响竹塑复合材料吸水厚度膨胀率和吸水率的主要因素之一。(2) 3种竹塑复合材料厚度方向吸水膨胀性和吸水率表现为：杂竹/回收PE材料吸水膨胀性最大，楠竹/新PE次之，楠竹/回收PE最小。（3）杂竹/回收PE在80℃时的吸水率是室温下的3.5倍；楠竹/新PE和楠竹/回收PE在80℃条件下的吸水率均是室温下的3倍。（4）楠竹/回收PE在80℃水浴中的厚度方向吸水膨胀率是55℃下的1.4倍，是室温下的2倍；楠竹/新PE80℃水浴下吸水膨胀率是55℃下的1.2倍，是室温下的1.9倍；杂竹/回收PE 80℃水浴下吸水膨胀率是55℃下的1.6倍，是室温下的2倍多。（5）光学显微镜和扫描电镜观察后发现，吸水后竹塑复合材料除了竹纤维发生膨胀之外，材料的内部结构没有发生变化，即竹塑复合材料是一种具有良好抗湿膨胀性能的新型复合材料。

竹塑复合材料；厚度方向吸水膨胀性；吸水率；高密度聚乙烯

竹塑复合材料(B a m b o o-p l a s t i c Composites，缩写BPC)是以竹锯末、竹屑、竹渣等竹纤维为主要原料，利用高分子化学界面融合原理和增强填充改性的特点，配混一定比例的塑料基料，辅以适当的加工助剂，经特殊工艺处理后加工成型的一种具有可逆循环的多种用途的新型材料[1－3]。随着竹塑复合材料在房屋、室外地板、阳光房、码头、护栏等领域的推广应用，越来越迫切需要对其使用性能有充分了解。在户外使用中，周期性的日晒雨淋与水分接触是不可避免的，例如竹塑复合材用于建造园林景观中的池塘，用在海边的建筑，码头铺板、海港护栏。因此本文希望通过分析水分对竹塑复合材料影响，为今后合理利用这种新型复合材料提供理论参考。

1 试验材料及方法

1.1 试验材料

试验材料主要成分为楠竹竹屑和杂竹竹屑与高密度聚乙烯（新PE和回收PE），竹纤维与塑料所占的比例分别为65%和35%。采用先造粒、后挤出成型的二步法，生产出具有空芯断面结构形状的竹塑制品。产品规格：宽240mm，厚40mm，具有5个空腔的空芯板材。

1.2 试验方法

从上述材料上锯制出20mm×20mm×10mm的小试件，分别将试件置于室温、55℃、80℃的水浴中进行浸泡。室温水浴试验中，将试件直接取出擦拭即可进行测定；55℃和80℃水浴试验中，不同时间是将其从不同温度的水浴中取出，擦拭试件，在实验室条件下(温度为20℃，相对湿度为53%)平衡24h再进行测定。

2 试验结果及分析

2.1 竹塑复合材料吸水率

图2-图4分别为试材在室温（20℃）、55℃和80℃条件下的吸水率。从图中可以看出，随着时间的增加,各种竹塑复合材料的吸水率增大，但是不同试样之间随时间增加的趋势不相同。

3种温度条件下，杂竹/回收PE的吸水率最大，室温下达到了4%，55℃条件下达到10%，80℃下则达到了14%；楠竹/回收PE的吸水率最小，室温下仅为3%，55℃条件下为8%，80℃时则达到了9%；楠竹/新PE的吸水率居中，室温下为3.5%，55℃时达到了8.5%，80℃条件下则达到了9.5%。

可以看出，温度对材料的吸水率影响很大，随着温度的升高，各种材料的吸水率都有一定程度的升高。对于杂竹/回收PE而言，80℃时的吸水率是室温下的3.5倍；楠竹/新PE在80℃条件下的吸水率是室温下的3倍；而楠竹/回收PE在80℃条件下的吸水率相比于室温下来说也多了3倍，即温度是影响材料吸水率的重要因素之一。

比较试验结束时不同试样之间的最大吸水率，可以发现，在相同条件下，杂竹/旧PE的最大。室温下是楠竹/回收PE的1.3倍，是楠竹/新PE的1.2倍；55℃水浴条件下，杂竹/回收PE的吸水率是楠竹/回收PE的1.2倍，是楠竹/新PE的1.1倍；80℃水浴条件下，杂竹/回收PE的吸水率是楠竹/回收PE的1.3倍，是楠竹/新PE的1.2倍。

采用光学显微镜和扫描电镜比较3组试样的微观结构，发现吸水之后材料的内部结构基本上没有发生变化，只是在吸水之后，竹纤维体积膨胀。这是因为用于试验的杂竹竹屑中粗纤维比楠竹的粗纤维多，而簿壁细胞又相对较少，导致杂竹与塑料之间的空隙比楠竹与塑料的空隙要大，竹纤维与塑料的融合性较差，从而其吸水性较高[4－7]。

2.2 竹塑复合材料厚度方向吸水膨胀性

图5～图7分别为室温、55℃水浴和80℃水浴中厚度方向尺寸膨胀率。可以看出，竹塑复合材料厚度方向吸水膨胀率随着时间的增加而增加。

在室温下，经过744h的浸泡，楠竹/新PE复合材厚度方向的吸水膨胀率达到0.6%，楠竹/回收PE复合材厚度方向的吸水膨胀率达到0.45%，杂竹/回收PE复合材厚度方向的吸水膨胀率最大，达到0.8%。普通耐水刨花板材料在24h后的厚度吸水率就达10%左右，即使耐水较好的矿渣刨花板吸水膨胀率也达到3%左右。因此，在常温下竹塑复合材具有良好的抗湿膨胀性。

在55℃水浴条件下，经过744h的浸泡后，楠竹/新PE复合材、楠竹/回收PE复合材料、杂竹/回收PE复合材厚度方向的吸水膨胀率分别达到0.96%、0.66%和1.03%。杂竹/回收PE复合材厚度方向的吸水膨胀率最大。

在80℃水浴条件下，经过744h的浸泡后，楠竹/新PE复合材、楠竹/回收PE复合材料、杂竹/回收复合材料厚度方向的吸水膨胀率分别达到1.15%、0.93%和1.7%。杂竹/回收复合材料厚度方向的吸水膨胀率最大。

比较最大吸水膨胀率发现，楠竹/回收PE在80℃水浴中的厚度方向吸水膨胀率是55℃下的1.4倍，是室温下的2倍。楠竹/新PE在80℃水浴下吸水膨胀率是55℃下的1.2倍，是室温下的1.9倍。杂竹/回收PE在80℃水浴下吸水膨胀率是55℃下的1.6倍，是室温下的2倍多。在相同条件下，杂竹/回收PE的厚度方向吸水膨胀率最大，楠竹/新PE的次之，楠竹/回收PE的吸水膨胀率最低。室温水浴条件下，杂竹/回收PE的吸水膨胀率是楠竹/新PE的1.4倍，是楠竹/回收PE的1.8倍。55℃水浴条件下，杂竹/回收PE的吸水膨胀率是楠竹/新PE的1.6倍，是楠竹/回收PE的1.1倍。80℃水浴条件下，杂竹/回收PE的吸水膨胀率是楠竹/新PE的1.4倍，是楠竹/回收PE的1.8倍。

3 小结

通过对不同温度条件下，3种材料吸水率和厚度方向吸水膨胀性的研究后，认为：

(1)3种不同材料厚度方向吸水膨胀性和吸水率均表现为：杂竹/回收PE材料吸水膨胀性最大，楠竹/新PE次之，楠竹/回收PE最小。

(2)温度对材料的吸水厚度膨胀性能的影响较为明显，随着温度的升高，材料的吸水膨胀率也在升高。对于楠竹/回收PE而言，80℃水浴中，厚度方向吸水膨胀率是55℃下的1.4倍，是室温下的2倍。楠竹/新PE在80℃水浴下吸水膨胀率是55℃下的1.2倍，是室温下的1.9倍。杂竹/回收PE在80℃水浴下吸水膨胀率是55℃下的1.6倍，是室温下的2倍多。因此温度是影响材料吸水膨胀率的主要重要因素之一。

(3)温度对材料的吸水率的影响也非常明显，杂竹/回收PE在80℃时的吸水率是室温下的3.5倍，楠竹/新PE和楠竹/回收PE在80℃条件下的吸水率均为室温下的3倍。

(4)通过扫描电镜分析表明吸水后，竹塑复合材料除了竹纤维发生膨胀之外，材料的内部结构没有发生变化，即竹塑复合材料是一种具有良好的抗湿膨胀的新型复合材料。

1 吴春渝,李大纲,闫微丽,何强,等.温度对竹塑复合材料尺寸稳定性的影响[J].世界竹藤通讯，2000，3（3）25-28.

2 何强,李大纲,代绍君,吴春渝,等.竹纤维/HDPE混熔生产竹塑复合材料的研究[J].世界竹藤通讯，2010，8（3）20-25.

3 何强,李大纲,代绍君,吴春渝,等.竹塑复合材料的制备及主要材性研究[J].世界竹藤通讯，2010，8(4):

4 孙占英,李大纲,丁建生等，木塑复合材料吸水膨胀率的研究[J]，福州大学学报(自然科学版)，2005，33(3)：321-325.

5 张洋，矿渣刨花板的工艺研究[博士论文][D].南京:南京林业大学,1989.

6 林金娜,陈礼辉,黄祖泰.竹塑复合材料及其土网工艺的研究[D]，福建农林大学[硕士研究生论文]，2004.

7 颜大伟,蔡敏.竹塑复合材料的力学性能分析研究[J].安徽建筑工业学院学报，2006，14(4):19-21.

A Study of Water Absorption of Bamboo -Plastic Composites

Li Dagang1, Yan Weili1, He Qiang2, Dai Shaoqun3
(1 Nanjing Forestry University, Nanjing 210037 2 Zunyi Productivity Promotion Center, Zunyi 563000 3 Guizhou Xinjin Bamboo & Wood Product Co., Ltd. Chishui 564707)

The study showed that: 1) The temperature was one of the major factors to affect the thickness swelling rate and the water absorption rate of bamboo-plastic composite (BPC). 2) The thickness swelling and water absorption rate of 3 kinds of BPC showed that the thickness swelling of miscellaneous bamboo/recycled PE was the maximum, followed by that ofPhyllostachys pubescensnew PE, and that ofPh.pubescens/recycled PE was the minimum. 3) The water absorption rate of miscellaneous bamboo/ recycled PE at 80℃ was 3.5 times higher than the room temperature, that ofPh. pubescens/ new PE at 80℃ was 3 times as high as room temperature, and that ofPh.pubescens/ recycled PE at 80℃ was 3 times higher than the room temperature. 4) The thickness swelling rate ofPh.pubescens/ recycled PE at 80℃ water bath was 1.4 times higher than that at 55℃ and 2 times higher than the room temperature; that ofPh. pubescens/ new PE at 80℃ water bath was 1.2 times higher than that as 55℃ and 1.9 times as high as the room temperature; that of miscellaneous bamboo/ recycled PE at 80℃ water bath was 1.6 times as high as that as that as 55℃ and 2 times higher than the room temperature. 5) Through the light microscope and scanning electricity mirror, it was observed that the inner structure of BPC has no any change except for the bamboo fi ber swelling, i.e. , BPC is a kind of new compound material which has fi ne wet-swelling-resisting function.

bamboo-plastic composites, water absorption in thickness direction, water absorption rate, highdensity polyethylene

贵州省十一五重大科技专项<<竹产业关键技术研究与示范>>,（项目编号：黔科合重大专项字（2007）6002号）。第一作者：李大纲，南京林业大学，教授，博士生导师。