①课题来源与背景 本项目来源为黑龙江省科财政厅科研业务费项目，2014年立项，2021年完成验收。当前木塑复合材料的应用场合主要是户外建筑（户外景观、栈桥、栏杆、栅栏、百叶窗、屋面板等）、汽车内饰材以及包装运输行业如各种工业托盘。这些应用领域均是非结构场合且占建筑材料市场的份额也很小。而木塑复合材料至今仍无法进入工程结构材料市场的主要原因是其物理力学性能仍不能与目前主流的木质工程结构材料相比拟，但是木塑复合材料的研究人员已经开始论证其作为结构材料的可行性。研发高性能的木塑复合材料是推进木塑复合材料进入工程结构材料市场的必经之路。本研究的目标就是开发一种高性能的木塑复合材料，将高强度高模量的碳纤维加入木塑复合材料中，采用木塑复合材料的常规方法制备高性能的碳纤维/木塑复合材料。 ②技术原理及性能指标 （1）以不同长度的短切碳纤维与木粉、HDPE为原料，通过二步法挤出制备碳纤维/木塑复合材料，短切碳纤维的长度分别为2mm、4mm、6mm、8mm和10mm，为了考察MAPE是否适用于碳纤维/木塑复合材料的界面体系，平行制备了添加MAPE和未添加MAPE的组间试样，检测试样的物理力学性能、蠕变、热机械性能、电阻、吸水性能等多个指标，分析碳纤维长度及偶联剂对复合材料各项性能的影响。SEM的结果表明MAPE能起到偶联剂的作用，但是这种作用并未使所有碳纤维表面均与塑料基体之间形成较好的界面结合，即复合材料中的界面结合也仍有待改进。 （2）用常规二步法制备碳纤维/木塑复合材料是可行的，碳纤维/木塑复合材料的物理力学强度明显高于传统木塑复合材料，抗拉强度提高了6.71%～63.56%，抗拉模量提高了26.34%～39.38%，抗弯强度提高了4.57%～52.18%，抗弯模量提高了18.11%～42.42%，冲击强度提高了2.09%～67.78%。 （3）研究碳纤维添加量对复合材料各项性能的影响规律，碳纤维的添加量在0%～14%之间，二步法制备碳纤维/木塑复合材料，检测复合材料物理力学指标、蠕变性能、热机械性能，理清碳纤维添加量与各项指标之间的影响规律。 （4）综合分析可知，短切碳纤维/木塑复合材料的制备最佳工艺参数为：短切碳纤维初始长度为4mm或6mm，添加量为质量比10%或12%，MAPE添加量为4%，HDPE添加量为35%，木粉和短切碳纤维质量占比之和为60%。 ③技术的创造性与先进性 制备了具备高强度功能和抗静电功能的碳纤维/木塑复合材料为木塑复合材料在工程结构材料中的应用打下基础。在国内首次研究了短切碳纤维长度对复合材料各项性能的影响，为短切碳纤维增强木塑复合材料的研究指明了临界纤维长度，同时论证了马来酸酐接枝聚乙烯是适用于碳纤维/木塑复合材料的一种偶联剂。 ④技术的成熟程度，适用范围和安全性 本项目已全部完成了试验室研究工作，采用木塑复合材料最广泛使用的二步法制备了高性能的碳纤维/木塑复合材料。后续经过中试试验和大范围示范生产试验之后可大范围推广应用，该技术的成熟度已达到基本成熟阶段，可通过推广项目的支持进行放大和推广。该技术适用于高性能木塑复合材料的生产和制备领域，进一步扩大木塑复合材料的应用领域，实现建筑材料的绿色化。技术安全性较好，应用过程无生产性安全隐患和危险，可直接应用于现有木塑复合材料生产线上。 ⑤应用情况及存在的问题 从木塑复合材料当前市场状况和预期的发展趋势看，木塑复合材料已是建筑材料产品的重要组成部分，如地板、栏杆、栅栏、百叶窗、屋面板等，少数用作汽车内装材以及包装运输行业如各种工业托盘。它的产量和市场需求量正在逐年增加，然而物理力学强度相对较低限制了木塑复合材料的应用范围，尤其是工程结构材料方面的应用。另一方面当前木塑复合材料产业已基本形成，从产业的精深发展角度看，木塑复合材料不可能以廉价低成本的形式继续发展，因此当前提出了将木塑复合材料应用于家具制造和装饰行业，即木塑复合材料的应用领域急需进一步拓宽。本项目就是立足为木塑复合材料产业的可持续低碳发展提供技术储备，并丰富了木塑复合材料的复合机理研究，明确了短切碳纤维增强木塑复合材料的复合过程，是一项极具社会效益和公益效益的研究，同时有利于进一步扩大木塑复合材料的应用领域，这也是本项目立项的重要现实效益。 ⑥历年获奖情况 无

黑龙江省木材科学研究所

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