生物质微细纤维的定向制备及干燥特性研究

生物质资源在国家可持续发展战略中的地位越来越重要，将其加工成粉体或纤维并进行改性处理与干燥，是生物质-聚合物复合材料先进成型技术的基础和获得高性能产品的关键。高质量的生物质纤维作为聚合物的增强材料，不仅能够赋予生物质-聚合物复合材料更优的物理力学性能，而且使复合材料具有优异的外观和耐候性，从而使产品的综合性能显著提高，将更有效地发挥生物质纤维材料的潜力。.本项目作为前期两项国家自然科学基金研究结果的进一步延伸拓展，以低值木材和农作物秸秆为研究对象，重点围绕生物质-聚合物复合材料用生物质微细纤维的定向制备与表面改性（热改性）机理、干燥特性及其工艺学原理展开系统的深入研究，以构建先进的生物质微细纤维定向制备技术体系、满足生物质-聚合物复合材料熔融复合成型工艺要求为目标，旨在为生物质资源的大规模高效利用技术、以及生物质-聚合物复合材料及其下游产品的整个产业链提供技术支撑和原料保障。

以高质量的生物质纤维作为聚合物的增强材料，可以有效赋予生物质-聚合物复合材料优良的物理力学性能和外观质量。本项目以低质木材和农作物秸秆等生物质原材料的纤维制备为主要研究内容，以满足复合材料成型工艺要求为目标，围绕WPC用微细纤维的定向制备与干燥特性展开了系统研究，并以翔实的研究数据和科学的结果分析为依据，详细阐述了生物质微细纤维定向制备技术体系及其对复合材料力学性能的影响等相应的科学问题，为生物质资源的大规模高效利用技术、以及WPC及其下游产品的整个产业链提供了技术支撑。.围绕微细纤维的定向制备，本研究通过改造，成功制造了基于揉搓碾轧原理的生物质纤维粉碎机，制得的纤维长径比3.16-8.95、直径140-680μm、粒度小于40目质量百分比＞96%，纤维几何形态和尺寸良好。在此基础之上，本研究考察了不同含水率、不同树种和不同形态原料对制备的木纤维质量的影响，以及以其为增强材料对制备的WPC力学性能的影响，结果表明：随着原料初含水率的增加，木纤维的整体几何尺寸明显增大；当木纤维直径为0.21mm＜d≤0.29mm、长径比为5-7时可赋予WPC较好的力学性能；在原料含水率为30%时制备的木纤维几何形态较好，以其为增强材料制备的WPC力学性能最佳。.以玉米秸秆为原材制备的纤维为增强材料，考察了玉米秸秆纤维和HDPE制备复合材料的可行性，探讨了不同化学预处理方法对玉米秸秆纤维性质的影响，以及不同化学预处理方法对玉米秸秆纤维/HDPE复合材料性能的影响。结果表明：随着玉米秸秆纤维添加量和尺寸的增加，玉米秸秆纤维/HDPE复合材料力学性能明显增大，当玉米秸秆纤维的含量为50%，粒度为40-60目时，复合材料的综合力学性能最佳。碱处理能够提高纤维表面的粗糙度、结晶度及其热稳定性，效果优于乙酰化处理。碱化处理玉米秸秆纤维有利于提高复合材料的综合力学性能。.通过对微细纤维干燥特性和干燥质量的研究，成功改造了基于脉冲-旋流组合干燥的微细纤维干燥装置。在此基础之上，研究了纤维含水率、纤维形态、以及干燥温度、风量、进料速度等参数对于干燥后纤维质量的影响。结果表明：脉冲-旋流组合干燥技术热效率高，干燥时间短，能够实现一次性干燥、达到理想含水率；并通过高温热处理，可以改善木质纤维与聚合物基体间的相容特性，并显著提高纤维的热稳定性，这对于改善和提高WPC的力学及理化性能具有十分积极的意义。