1 研究的目的及意义

我国极低的木材利用率引发的资源浪费和环境污染，使得回收利用低成本的废旧木材和废旧塑料成为工业界和科学界普遍关注的问题。由于废木材和植物纤维以前都是焚烧处理，产生的气体对地球有温室效应，因此木材加工厂也在努力寻求将其转化为高附加值新产品的有效方法。塑料回收再利用也是塑料工业技术重点开发的方向，塑料能否回收利用已成为塑料加工业选材的重要依据之一。在这种情况下，木塑复合材料应运而生^[1]。木塑复合材料（Wood-Plastic Composites，简称WPC）是利用热塑性塑料，包括聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯以及它们的共聚物等作为基体材料，用木粉、稻壳、秸秆等废弃生物质纤维作为增强相，再加入一些相关的添加助剂，通过注塑、挤压、模压等单一或多种成型工艺加工而成的复合材料^[2]。由于其兼具木材和塑料的优点，使得木塑复合材料及其制品具有一系列独特的优良性质，既有木材美观的质感和可以二次加工，又有塑料的耐久性和可重复加工性能^[3]。

由于木粉和木纤维具有较高的刚性，较低的密度，并且可以进行回收利用，因此使用这两种材料与塑料进行复合，可以起到降低单位体积成本，增大复合材料强重比以及提高材料刚度的目的。但是，使用木粉和塑料共混最大的问题就是制成的复合材料具有较差的冲击强度和拉伸强度，因此提高木塑复合材料的力学强度，尤其是冲击强度对于扩大木塑复合材料的使用范围具有极其重要的作用。热塑性弹性体（thermoplastic elastomer，TPE）指的是：在常温下显示橡胶弹性，在高温下能够塑化成型的高分子材料。因此，这类聚合物兼有热塑性橡胶和热塑性塑料的某些特点。热塑性弹性体高分子链的基本结构特点是它同时串联或接枝某些化学组成不同的塑料段（硬段）和橡胶段（软段）。本课题主要研究选择合适的聚烯烃类热塑性弹性体、聚氨酯类热塑性弹性体或苯乙烯类热塑性弹性体对木塑材料进行增韧改性。

2 国内外同类研究概况

2.1 国内外发展状况

木塑复合材料源起北美，逐渐发展到德国、意大利等欧洲国家，再到中国、日本等亚洲国家，商业化生产已逾 40 年，其发展轨迹大致分三个阶段^[4]，即以生产普通木塑物流运输托盘为主的第一阶段；随着地产行业的兴起，木塑复合材料迎来了以生产景观建材和装饰材料的第二阶段；进入 21 世纪，木塑行业迎来了黄金十年，产品也步入到以结构型部件及集约化成套建筑为主的第三阶段。木塑行业发展速度快，应用领域广，广阔的前景推动了木塑复合材料的深层次的发展，促使其需要拥有更为优秀稳定的性能来适应这种趋势，同时也推动了国内外对于选择合适的聚烯烃类热塑性弹性体、聚氨酯类热塑性弹性体或苯乙烯类热塑性弹性体对木塑材料进行增韧改性的研究。

2.2 木塑复合材料增韧改性的研究进展

在对材料进行增韧改性之前，首先来了解一下增韧机理的演变历史。早期的增韧理论有 Merz^[5]等提出的微裂纹理论，认为共混材料断裂耗散的能量是基体与橡胶分散相粒子断裂能的总和，这种说法比较强调橡胶的作用而忽视了基材自身性质对增韧机理的影响，虽然解释了一些实验现象，但并不被人们普遍认可。随着复合材料研究的深入发展，Bucknall^[6]在早期理论基础之上，建立了被人们普遍接受的银纹-剪切带理论。 该理论认为橡胶颗料作为应力集中中心可以诱发大量银纹和剪切带，从而消耗大量能量；并控制银纹的拓展，不致发展成破坏性裂纹，进而达到增韧的目的，但这一理论忽视了基体连续相与橡胶分散相之间的作用问题，值得进一步探讨。另外，影响较大的是 Kinloch 等^[7]建立的空穴化理论，是指在低温或高速形变的过程中，橡胶粒子内部或橡胶粒子与基材界面层出现空洞的一种现象，在外力作用下，应力集中的橡胶粒子能够引起周围基体的三向应力的变化，将平面应变转化为平面应力，而这种状态更有利于剪切带的形成。由于空穴化本身不能构成材料的脆性转变，只是改变了材料的应力状态来引发剪切屈服，进一步减少应力集中、阻止裂纹进一步扩展，消耗能量使材料韧性提高。传统的橡胶增韧理论多为定性研究增韧过程，随着相关理论的深入研究以及研究手段的不断进步，增韧理论开始向定量化发展，Wursquo;s理论就是在临界粒子间距判断概念的基础上，对热塑性聚合物基体进行的科学分类，并建立塑料增韧的脆韧转变逾渗模型，从而将增韧理论由定性分析推向定量的高度^[8]。Liu等^[9]报道了EPR-g-MA对竹粉/HDPE复合材料具有增强和增韧的作用。王清文等^[10]用MAPP、MAPE、EPDM-MAH以及SEBS-MAH等偶联剂来对复合材料进行增强及增韧改性的研究，利用静态力学测试、动态力学测试(DMA)、电子扫描显微镜(SEM) 等手段研究了材料的界面相容性、粘弹性、耐热性能以及阻尼特性等。

V.N.Hristov等^[11]研究木塑材料中增容剂中马来酸酐（MA）浓度对断裂的影响，发现MA浓度越高，PP基体与木材填料之间的相互作用越强，增容效果越好。但是这将导致PP基体的脆性断裂和延展性降低。