高木质纤维填充热塑性聚合物熔体流变行为研究

木塑复合材料（WPC）是一种兼具有木材和塑料双重优点的新型复合材料，尤其是在建筑、家具、装饰、运输和汽车行业等领域显示了独特的优势并得到了迅速的发展。为了进一步降低成本，商业WPC产品的木质纤维含量超过50%，由此也造成了WPC加工过程中的困难，表现为不稳定流动及表面撕裂等现象的出现，同时也造成产品质量差和加工效率低，严重制约WPC的快速发展。而目前人们对这种高填充体系下木塑复合材料熔体流变行为尚不清楚，更是缺乏理论基础。本研究通过塑化改性制备具有不同粘弹性特征的木质纤维、选择或调控聚合物基体的分子结构、设计不同界面偶联作用模式来分析高填充体系下木塑复合材料熔体中木质纤维与木质纤维、木质纤维与聚合物基体间强相互作用的流变学机制，进而揭示高木质纤维填充WPC体系的流变学规律。为木塑复合材料配方的优化设计、工艺控制、加工设备的升级和模具制造提供理论基础和科学依据。

通过研究木质纤维的性质、聚合物基体的分子结构和界面偶联作用模式来分析高填充体系下木塑复合材料熔体中木质纤维与木质纤维、木质纤维与聚合物基体间相互作用的流变学机制，进而揭示高填充木塑复合体系的流变行为变化规律，为木塑复合材料配方的优化设计、工艺控制和模具制造提供理论基础和科学依据。.高木质纤维填充导致木塑复合材料熔体储能模量和复数黏度显著增加，对剪切速率的变化更加敏感，假塑性流体特征增强，“似固体”流变行为变得显著，木质纤维材料与热塑性聚合物基体两项界面结合变差，尤其是在低剪切速率条件下，纤维之间的相互作用导致熔体黏度升高，加工困难。对木质纤维进行改性和塑化，可提高木质纤维颗粒在熔体中的分散性，并降低熔体剪切应力和拓宽加工窗口，在较宽的挤出速度下获得稳定的熔体流动和光滑的产品表面。.高分子量聚合物为基体的木塑复合材料具有更高的储能模量、复数黏度和力学性能，然而随木粉含量的增加，低分子量聚合物基体比高分子量聚合物基体对体系黏度增加贡献的幅度更大，而且以分子量分布宽聚合物为基体的木塑复合材料具有较小的储能模量和复数黏度，同时保持了较高的力学性能。这归因于木质纤维与聚合物基体之间的相互作用对木塑复合材料的流变及力学性能的影响，其机理为低分子量或分子量分布宽的聚合物与木质纤维的润湿性较好，更易渗透到具有多孔性结构的木质纤维当中，它们与木质纤维的相互作用更强，从而导致随木质纤维含量增加，以低分子量或分子量分布宽聚合物为基体的木塑复合材料储能模量和复数粘度增幅较大。.马来酸酐接枝聚合物作为偶联剂可有效提高木质纤维与聚合物基体间的界面结合，使得二者之间的相互作用增强，抑制了聚合物基体大分子链的运动，促使体系储能模量和复数黏度增加，但若以低于木塑复合材料聚合物基体分子量的马来酸酐接枝聚合物作为偶联剂，由于其分子链相对较短，可起到内润滑剂的作用，导致体系储能模量和复数黏度下降，使得复合材料的加工性能得到改善，同时复合材料的力学性能仍能得到大幅度提升，这说明低分子量马来酸酐接枝聚合物无论是从加工的角度还是从对材料力学性能贡献的角度，都更适于作为木塑复合材料的偶联剂。硅烷偶联剂虽能够改善木塑复合材料的熔体流动性能，但由于其属于小分子偶联剂，与高分子量的聚合物基体间很难形成有效的化学键合，在木质纤维与聚合物基体间不能有效的发挥界面偶联作用，因此对木塑复合材料力学性能改善不明显。