秸秆复合材料研究进展

丛后罗 孙鹏 朱信明 刘希春

（徐州工业职业技术学院，江苏徐州 221140）

秸秆复合材料研究进展

丛后罗 孙鹏 朱信明 刘希春

（徐州工业职业技术学院，江苏徐州 221140）

本文介绍了我国秸秆利用的现状，综述了目前国内以秸秆为主要原料制备复合材料的情况。介绍了秸秆的主要成分、结构特点及其作为复合材料原料再利用的可能及环保意义。重点介绍了秸秆/塑料复合材料、秸秆/橡胶复合材料、秸秆/水泥混凝土材料、秸秆功能复合材料、秸秆人造板材等复合材料的制备、性能、特点和不足之处。最后，分析了秸秆复合材料制备中的主要问题，对秸秆复合材料的应用提出了展望。

秸秆 塑料 橡胶 复合材料

1 引言

我国是一个农业大国，秸秆资源非常丰富，每年产量达数亿吨。据农业部项目专家预测，到2015年我国的秸秆总产量达到7.5亿吨。目前，我国利用农作物秸秆的主要途径有：秸秆还田，作为饲料使用，作为能源，作为工业原料，作为复合材料使用等。但是总的看来，秸秆的利用率还是较低，利用不科学，焚烧现象仍然存在。因此，科学合理利用秸秆资源具有重要的环保和经济价值。

农作物秸秆的化学成分主要含有纤维素、半纤维素和木质素。其中纤维素是秸秆纤维的主要成分，其分子量具有多分散性，性能不均一。X-射线研究认为，纤维素是由结晶区和无定形区交错连接而成的二相体系，其中还有许多的空隙，一般认为，天然纤维素的结晶度为70%左右，它具有较高的模量。因此，秸秆可作为一种天然高分子增强材料使用。它与许多无机及合成纤维相比有许多优点，如价廉、易得、密度低，具有较高的拉伸强度和模量，加工能耗小，而且具有可再生性和生态环境相容性，对环境污染及人体危害小。将天然农作物秸秆作为填料或增强材料的研究是当前复合材料领域中的研究热点。用天然植物纤维增强聚合物是一种新型的绿色环保型复合材料，符合生态环境要求，具有巨大的经济潜力。在国外，天然植物纤维增强复合材料已经被用于汽车工业、建筑业、运输业、航空业等。

2 秸秆复合材料

秸秆复合材料是以秸秆为原料，与塑料、橡胶、热固性树脂等其它材料进行复合，利用特定的生产工艺，生产出可用于环保、木塑产品生产的高品质、高附加值功能性的复合材料。目前，主要有秸秆/塑料复合材料、秸秆/橡胶复合材料、秸秆/水泥混凝土材料、秸秆功能复合材料、人造板材等。

2.1 秸秆/塑料复合材料

李忠明等运用秸秆与聚丙烯复合制备了能替代木材使用的复合材料。考察了秸秆含量、界面处理剂用量对复合材料力学性能、流动性及形态的影响。发现复合材料的拉伸强度和冲击强度随秸秆含量增加而下降，但下降幅度较小；耐热性随秸秆含量增加而升高。于旻等为提高麦秸秆纤维与聚丙烯基体的界面结合力，采用了复合处理的方法，对麦秸秆表明进行处理，然后通过熔融共混、模压成型的方法成功制备了麦秸秆/聚丙烯复合材料，并研究了材料的力学性能，表明其有良好的应用前景，但是过程中会产生废水、废气造成新的污染，因此有待进一步研究和改进。杨鸣波等运用化学方法，对秸秆进行表面处理，然后与聚氯乙烯塑料进行混合，并制备了具有良好性能的秸秆/聚氯乙烯复合材料，并对其结构进行了微观表征，力学性能进行了研究。滕翠青等制备了秸秆纤维增强复合材料，并研究了其可降解性能，对其老化现象和使用寿命作了较为科学的评价。为秸秆纤维增强复合材料的应用提供科学的参考依据。许民等以麦秸、废旧聚丙烯为主要原料，研究麦秸/聚丙烯复合材料热力学性能及界面结合特性。刘飞虹等利用玉米秸秆粉体作为增强材料与聚乙烯通过挤出机进行复合，成功制备了结构粉体/聚乙烯复合材料，研究了复合材料的工艺可行性及力学性能。王宝利等以秸秆为主要原料，粉碎后与塑料混合后高温下模压，制备了各种不同粒度含量的秸秆模塑制品，并发现加入一定量的防水剂后，材料的耐水性能明显提高，能满足多种防水性能的要求。

2.2 秸秆/橡胶复合材料

橡胶作为一种应用广泛的高分子材料，具有很好的弹性和可填充性能。秸秆与橡胶有一定的相容性，可用于填充和改性橡胶材料，以降低橡胶的成本，改善橡胶的加工工艺性能。丛后罗等］将小麦秸秆粉碎后，分别与天然橡胶和丁腈橡胶共混，制备了秸秆/橡胶复合材料，并全面的研究了复合材料的工艺性能、力学性能、老化性能等。研究发现，秸秆的粒径、填量、表面性质等对复合材料的硫化时间、焦烧时间、拉伸强度、撕裂强度、硬度等工艺和力学性能有明显的影响。秸秆具有良好的填充效果，可以明显降低复合材料的成本。为秸秆在橡胶弹性材料中的应用作了初步地探索。

2.3 秸秆/水泥混凝土材料

肖力光等以东北地区当地的麦秸秆和玉米秸秆为主要原料，粉碎后，掺入到水泥中，制备了秸秆水泥复合材料混凝土，深入研究了材料的水泥和秸秆界面，基体相界面，秸秆与水泥的复合效果以及复合材料的力学性能等，研究结果表明，在界面剂的作用下，秸秆植物纤维和水泥之间取得了良好的界面效果，取得了具有良好性能的秸秆/水泥混凝土材料，为秸秆在建筑材料领用的应用做了较为全面的探讨。

2.4 秸秆功能复合材料

廖利华等研究了以秸秆和酚醛树脂为主要原料制备复合环境材料的工艺方法，同时探讨了制备方法对导电性能的影响；成功制备了一种新型的导电材料，可用于磁控溅射碳基靶材和电刷等。王丽等以小麦秸秆纤维为主要原料，将功能单体N-乙烯基吡咯烷酮、丙烯酸，通过接枝共聚反应，研究了其等温吸附行为和吸附动力学。制备了具有优异吸附性能的小麦秸秆纤维素基复合材料，可用作为废水处理材料使用，具有极高的环保和经济价值。张胜利等以玉米秸秆为原料，先用化学活化法，通过微波加热的方法制备了活性炭材料，然后用熔融法与单质硫复合成功制备了硫/炭复合材料，研究发现材料具有微孔秸秆，比表面积高达1042.2平方米/克，总孔容率为0.76 立方厘米/克，具有很好的吸附性能，另外，单质硫经热处理后，成功填充在活性炭的孔道中，形成了特殊电化学性能的材料，在电池材料应用领域具有很好的发展潜力。

2.5 秸秆人造板材

秸秆人造板材也是目前发展比较成熟的材料生产技术，主要用于建筑装饰。秸秆人造板材生产技术是秸秆经处理后，在热压条件下形成密实而有一定刚度的板芯，进而在板芯的两面覆以涂有树脂胶的特殊强韧纸板，再经热压而成的轻质板材。秸秆人造板材经过原料处理、成型加工、后处理等工艺制成。成型工艺设备有立式喂料器、冲头、挤压成型机和上胶装置等设备，是人造板材生产的关键工段。秸秆人造板材可部分替代木质板材，用于家具制造和建筑装饰、装修，具有节材代木、保护林木资源的作用。

3 结语

尽管人们将秸秆应用到复合材料领域进行了大量的工作，作了较为深入的探索，取得了一定的进展，但是，目前在复合材料领域中的应用很少，不足秸秆产量的1%。仍然存在一些有待解决的科学技术问题：（1）秸秆的粒度较大，无法做到微米甚至纳米级的分散；（2）秸秆的表面与基体材料的结合力不足，在使用中会发生分离现象，影响材料的力学性能；（3）秸秆复合材料的市场需求量有限，秸秆复合材料技术只能作为辅助利用技术发展推广。

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