地质聚合物基植物纤维复合材料的性能与结构及界面研究

The application prospect of plant fiber board is very extensive, but most of the matrix material is organic matter. because of its poor refractory performance and release of hazardous substance on the environment application of plant fiber board is limited to a certain extent. Geopolymer is a kind of environmental friendly material with low carbon emissions, low energy consumption and through our study of easlier stage,we find that geopolymer could be used to preparae composite material with plant fiber, which holds many virtues such as high strength, antiflaming, heat preservation. This composite material is expected to be used for fiberboard production.In this program it is intended to prepare geopolymer-based fiber composite materials with low cost, high strength, good thermal insulation and flame retardant performance, with Guangxi rich kaolin and plant fiber resources as the main raw material. The study focuses on the effects of process conditions such as the plant fiber type, content ratio of different plant fibers, plant fiber pretreatment, content ratio between plant fiber and geopolymer, sodium silicate modulus, solid-liquid ratio, curing time and curing temperature on the composite material performances such as strength, antiflaming, thermal insulation. The purpose is also focused on obtainment of the basic laws between the geopolymer-based fiber composite material performances and preparation process parameters, and finding the relationship between its performances and microstructure, especially, its performances and interface characteristecs. At the same time, the program focuses on the development of the geopolymer-based fiber composite material with independent intellectual property rights, the solution of scientific questions in different application fields and the establishment of the theoretical foundation for its application.

植物纤维板应用前景非常广泛，但大多基体材料为有机物，由于其耐火性能较差、对环境释放有害物质，应用受到很大限制。地质聚合物是一种低二氧化碳排放、低能耗及对环境友好的材料，通过前期研究发现，利用地质聚合物可以复合植物纤维制备出高强、阻燃、保温的复合材料，该材料有望用于纤维板的生产。本课题拟以广西丰富的高岭土和植物纤维资源为主要原料制备出成本低，强度高，具有良好保温及阻燃性能的地质聚合物基纤维复合材料，研究植物纤维种类、植物纤维间的配比、植物纤维预处理、植物纤维与地质聚合物配比、水玻璃模数、固液比、养护时间、养护温度及成型工艺等条件对复合材料强度、阻燃、保温等性能的影响，获得地质聚合物基纤维复合材料性能与制备工艺参数间的基本规律，找寻其性能与微观结构之间特别是与界面特征的关系，开发具有自主知识产权的地质聚合物基纤维复合材料，解决其在不同应用领域中涉及的科学问题，为其应用奠定理论基础。

植物纤维板的应用广泛，但基体大多为有机物，由于其耐火性能较差、对环境释放有害物质，应用受到很大限制。地聚物是一种低碳排放、低能耗及对环境友好的材料，因此利用地聚物与植物纤维可以制备高强阻燃环保的复合材料，该材料有望用于植物纤维板的生产。.本项目在执行期间，系统开展了地聚物基植物纤维复合材料的制备、性能分析、微结构表征等相关研究。得到了多种影响因素对复合材料性能的影响规律，优化制备的复合材料性能基本都能达到国标GB/T24312-2009《水泥刨花板》的标准要求，另外，该材料的制备无需“打浆”，说明此复合材料用于地聚物刨花板的生产，有很好的应用前景，其影响规律对后续相关研究和应用具有重要的意义。.研究了植物纤维与地聚物的相适性，首次把水泥与植物纤维之间相适性的概念移植到地聚物与植物纤维之间，得到了地聚物与15种植物纤维之间的相适性顺序，为生产中选择植物纤维的种类提供了科学依据。.研究了地聚物基植物纤维复合材料的耐久性。主要考虑复合材料实际使用环境，以露天室外、室内、袋装密闭三种不同的环境下进行了耐久性的探讨。室内环境复合材料耐久性最好，其次为袋装，室外较差。由此可见，这种复合材料更适合于室内使用。.研究了碱处理前后水稻秸秆增强地聚物复合材料的制备及性能，处理后水稻秸秆的增强效果更好，优化后的静曲强度可达13.6 MPa，远高于优等品最低国家标准（静曲强度=10 MPa），也远高于未处理水稻秸秆复合材料的静曲强度9.4 MPa。但是发现：处理后水稻秸秆复合材料的吸水厚度膨胀率高于处理前水稻秸秆复合材料的吸水厚度膨胀率。分析原因是处理后水稻秸秆复合材料吸水后内部有宏观裂纹。因此，采用处理前水稻秸秆与处理后水稻秸秆混合来增强地聚物复合材料，既解决了未处理水稻秸秆复合材料的静曲强度较低的问题（混合纤维复合材料优化强度13.0 MPa），又解决了处理后水稻秸秆复合材料吸水后产生宏观裂纹问题，为更好地利用水稻秸秆制备植物纤维复合材料提供了科学基础。