甬派客户端记者 张璟璟 金鹭 通讯员 高晓静

　　装修房屋时，你是偏爱实木家具，还是人造板材家具？

　　选择实木的，对天然木材易翘曲、易腐烂、易燃烧等缺点有顾虑；选人造板材的，则很担心人造板材中粘胶剂，比如甲醛挥发，污染环境。

　　有没有一种材料，兼具天然木材的优良特性，又能克服翘曲、变形、力学性质差别大等问题，且“生长”速度跟得上人类生产生活所需？

　　在该领域研究上，中科院宁波材料技术与工程研究所（以下简称“宁波材料所”）生物基高分子材料团队取得了突破。

　　“我们研发的材料，植物纤维的最高含量达到80%，不翘曲，不腐烂，不霉变，不燃烧，不含甲醛，使用体验优于普通木材与人造板，而价格上比这两种材料更低。”朱锦研究员告诉甬派记者。

　　据悉，该团队现已贯通了植物纤维高分子复合材料的整体工艺路线，具备了批量的生产能力，并使产品在成本与使役性上取得了良好的平衡。

　　此外，采用秸秆纤维制备的“仿木”复合材料，还解决了农作物秸秆大量焚烧问题，变废为宝。

　　摆脱对木材的依赖，“仿木”性能亟待提升

　　无论是人造板材，还是添加木粉的木塑复合材料，原材料都是木材。而木材的供应，正是可持续发展的一大问题。2017年，中国木材进口依赖度已达到60%以上。

　　研制出比木材性能更好，可真正替代木材的新型仿木复合材料成为了高分子研究者追求的一个重大目标。

　　据了解，在宁波材料所研制的仿木复合材料中，是以常见的塑料、橡胶等高分子材料为基体，对稻草、各种秸秆、芦苇、棕榈纤维、椰子纤维、麻纤维、竹纤维等进行包裹加工，将形成综合基体与微纤维两方面优势的植物纤维高分子复合材料。

　　朱锦告诉记者，仅仅简单的从成本投入与材料性能角度考虑，植物纤维高分子复合材料就具有非常大的优势。更难能可贵的是，不光其成本远低于目前塑料树脂，这类材料的综合力学性能又远高于单一塑料树脂。

（木材及其微观纤维结构）

　　可要大规模开发与利用这类材料，难度不小——

　　如何高效实现植物纤维的大规模破碎是一个巨大的工业化挑战；

　　如何把蓬松的植物纤维大量且均匀的填充到高分子树脂里是一个历史难题；

　　如何让互相“排斥”的植物纤维与高分子树脂实现“一家亲”是一个化学与物理的综合题；

　　此外，还需要克服植物纤维、树脂怕火，以及植物纤维吸水、发霉等诸多难题。

　　不过，这些难题，一一被宁波材料所生物基高分子材料团队攻克。

　　植物纤维与塑料树脂均混，还能“挤”出汽车零部件

　　据了解，宁波材料所生物基高分子团队及其合作伙伴共同开发的自动化高速共混设备，可将高含量的植物纤维与塑料树脂进行均匀共混，制备出植物纤维填充量最高达80%的“仿木”热塑性复合材料。

（蓬松的植物秸秆与高速共混设备，板材挤出连续生产线，复合材料粒料）

　　类似于建筑中使用的钢筋混凝土结构，通过该设备制备的“仿木”材料中，植物纤维的保留长度可达1厘米，能够有效起到“钢筋增强”高分子树脂的作用。

　　此外，这套原材料制备系统，在切入工业化产业链后，并不需要改变下游的成型设备与成功工艺。它所生产的复合材料原料颗粒，可以通过常规的塑料成型工艺，如注塑和挤出进行产品的生产。

　　这也大幅度降低了“仿木”复合材料切入市场的推广成本以及使用成本。

　　除了设备和“仿木”原材料制备的突破，生物基高分子团队还实现了“仿木”产品的成型与稳定性突破。包括植物纤维与聚烯烃之间的相容性、复合材料的成型等关键技术等突破。

（通过注塑或挤出工艺生产的各种样品）

　　“通过微观结构性改性，我们制备出了外观造型复杂，流动性要求特别高的汽车零部件，还顺利实现了板材的连续化挤出。”朱锦说。

　　开创分步阻燃，材料吸水性低于2%

　　植物纤维与常见的塑料都是易燃品，克服易燃是保证植物纤维高分子复合材料大规模应用的必要条件。

　　对于这个问题，生物基高分子团队给出的方案是，把植物纤维与树脂基体分别进行阻燃处理后再进行共混。

（植物纤维复合材料点燃十秒后离火自动熄灭，(b)自制阻燃液处理后的纤维，阻燃剂均匀附着在纤维表面）

　　以水作为阻燃剂的溶剂，通过对植物纤维的简单喷淋就可以达到高效阻燃效果。这种方法杜绝了通用阻燃方法中使用大量有机溶剂和碱性液体的情况，且大幅度降低了环保处理成本。

　　在树脂的阻燃化处理中，则采用常规的加工方法与环保型阻燃剂，进一步保证了污染的产生。

　　分步阻燃处理效果好不好？实验表明，高填充的植物纤维复合材料达到了V0级的阻燃能力。也就是说，“仿木”材料在点燃后，能在10秒之内熄灭，且没有出现熔滴现象。

（植物纤维复合材料封闭注塑样条与开放挤出块材的吸水性测试）

　　除了怕火，植物纤维还怕水。一般认为，木材含水率大于30%以后，就会快速腐烂发霉。

　　然而，宁波材料所制备的在植物纤维高分子复合材料，即便在水里浸泡100天，吸水率仍然低于2%。

　　“为了最大限度的让样品吸水，我们把挤出块材表面的塑料层切除，经过60天的吸水性测试后，观察到样品的吸水率均未超过20%，远低于30%的腐烂临界值。”朱锦说。

　　在高温、高湿环境下的良好表现，也为植物纤维高分子复合材料的拓宽应用领域提供硬保障。

（“仿木”复合材料通过组装可以用于大型户外设施）

　　据介绍，宁波材料所研制的植物纤维高分子复合材料，和木材一样，可锯、可铆、可钉、可刨，具有很大的灵活性。且具备了比木材，人造板、单一塑料和传统木塑更加优异的综合性能。目前在大型户外设施等领域得以应用。

　　新闻多一点

　　什么是人造板材？

　　人造板材，是以速生林如杨树、桉树等生长周期短的树木为原材料，通过旋切成木皮或用碎木做成木纤维做原材料，利用胶黏剂把它们粘接成为板材。主要包括，胶合板、纤维板（密度板）、刨花板、细木工板等。

　　什么是木塑复合材料？

　　木塑复合材料，以指利用聚乙烯、聚丙烯和聚氯乙烯等，代替通常的树脂胶粘剂，与超过50%以上的木粉、稻壳粉、秸秆粉等废植物纤维粉体混合成新的木质材料，再经挤压、模压、注射成型等塑料加工工艺，生产出的板材或型材。

　　为什么普通木材容易吸水、腐烂发霉？

　　木材中的微纤维在结构上就具有很强的吸水能力，水的不断吸入与蒸发会导致纤维结构坍塌，力学性能变差。

　　此外，植物纤维在潮湿环境中会滋生大量微生物，微生物以植物纤维作为养分，大量繁殖，从而严重破坏植物的原有结构。

　　（原文发布于2019年2月21日《宁波日报》旗下甬派客户端）

　　【原文链接】https://ypapp.cnnb.com.cn/yppage/index.html#/news/share/news_detail?newsId=5c6d6e72e4b0a58ac269dad7&modeType=0