前言木塑復合材料( Wood-Plastic Compos-ites，以下簡稱WPC)是以各種植物及木質纖維和廢舊熱塑性塑料為原料，通過熱加工制備得到的一類新型復合材料。它的出現有利于緩解目前木材資源匱乏的問題，有效解決了天然及合成高分子材料廢棄物的資源化利用，因而備受關注，目前已廣泛應用于汽車工業、建筑行業、室內裝飾、家電和運輸等行業方面。由于兼具木質纖維材料與聚合物材料的部分性能特點，木塑復合材料具有優良的綜合性能。其力學強度好，抗沖擊能力高，熱伸縮性低于塑料，耐水和耐潮濕性能明顯優于木材，尺寸穩定，耐磨，耐化學腐蝕，耐蟲蛀，防腐朽。木塑復合材料還同時具備木材和塑料的雙重加工性能，既可采用擠出、熱壓等塑料或木質人造板工藝進行成型生產，也可采用鋸、刨、旋切、磨削、砂光、膠合、軋花、印刷等木材或塑料的加工方法進行加工和后期處理。
目前木塑制品主要應用在戶外鋪板、柵欄等園林景觀制品方面。由于在力學強度和木材存在差距，使其在門窗、家具等的結構部件的應用上仍受到很大的限制。近年來無機質纖維迅猛發展，已經在樹脂基復合材料中得到了廣泛的應用，而其在木塑復合材料領域也已逐漸興起。因此利用無機質纖維增強木塑復合材料力學性能是拓展其應用的一個良好途徑。
玄武巖纖維(BF)是天然玄武巖礦石經高溫熔融后通過鉑銠合金拉絲制成的一種新型高性能纖維。最早誕生于前蘇聯的烏克蘭科學研究院。近年來隨著全新低能耗生產裝置的誕生，其高性價比優勢逐漸凸顯出來。
玄武巖表面呈化學惰性，直接加入木塑復合材料中不能形成良好的界面結合，需要對纖維表面進行改性處理，以充分發揮其性能優勢。本文主要研究玄武巖纖維經過偶聯劑處理后對木塑復合材料性能的影響。
1 實驗部分
1.1 原料與設備
高密度聚乙烯(HDPE)：5000 S，大慶石化總廠生產，密度0. 954 9．cm-3，熔融指數0.7g'10 min-1；玄武巖纖維(BF)：浙江石金公司產，長6 mm，直徑13 Um;楊木粉：40～80目，含水率≤2%；y-氨丙基三乙氧基硅烷偶聯劑（KH-550）：上海耀華化工廠生產；丙酮、無水乙醇，天津市科密歐化學試劑有限公司生產，分析純。
1.2 材料制備
1.2.1BF表面改性處理
改性處理前，BF先在索氏抽提器中用丙酮抽提12 h，再用蒸餾水浸泡5次，每次30 min，除去表面雜物，然后在80℃烘箱內烘干3h，室溫下于干燥器中貯存備用。
參考文獻[20]的方法，將無水乙醇與蒸餾水按9:1的比例混合配制成溶劑，加入硅烷偶聯劑，偶聯劑與玄武巖纖維質量比為3：100，用玻璃棒攪拌均勻。5 min后加入玄武巖纖維，靜置30 min后取出室溫晾干，隨后在120℃烘箱內加熱2h，使偶聯劑在纖維表面縮聚形成偶聯劑層。反應結束后取出纖維，用丙酮和蒸餾水交替沖洗3次，置于80℃烘箱內烘干3h，得到改性BF備用。
1.2.2 復合材料制備
木粉在105℃的烘箱中干燥至含水率3%以下貯存待用。按表1的物料配比，將改性BF與木粉、HDPE、MAPE、石蠟潤滑劑在SHR - IOA型高速混合機中混合10 min，然后轉入30 mm /40 mm雙階擠出機組擠出成型為截面尺寸40 mm×4 mm的片材。其中熔融區溫度為145℃，擠出區溫度為145～160℃，定型區溫度為1 65℃。
1.3 材料表征
1.3.1 掃面電子顯微鏡分析(SEM)
復合材料經液氮低溫淬斷（纖維試樣不需淬斷），斷面噴金處理后，采用荷蘭FEI公司Quan-Ta200型環境掃描電子顯微鏡對表面微觀形態進行觀察，加速電壓12.5 KV。
1.3.2 傅里葉轉換紅外分析( FT-IR)
采用美國Thermo Nicolet公司的Magna-IR560紅外光譜儀在室溫下分析未處理BF與改性BF的表面化學鍵構，數據采集范圍為400～4000 cm-l，每個樣本的掃描頻率為32，分辨率為4 cm-l。
1.3.3 力學性能測試
復合材料的彎曲性能采用RGT-20A萬能力學試驗機（深圳瑞格爾儀器公司），按照ASTM標準塑料彎曲試驗標準D790 - 03規定的方法進行測試，試件長度為80 mm，寬度為13 mm，跨距為64 mm，加壓速度為2 mm/min測試拉伸性能所用儀器同上，按照ASTM標準塑料拉伸試驗標準D638 - 03規定的方法進行測試，試件總長度為165 mm，兩端寬度為19 mm，中間測試部分寬度為13 mm，標距為50 mm，弧半徑為76 mm拉伸速度為5 mm/mln。
簡支梁無缺口沖擊強度按照ASTM標準塑料沖擊試驗標準D4812進行簡支梁擺錘沖擊試驗，測試儀器為JC- 25型沖擊試驗機（承德精密試驗機公司），試件長度為80 mm，寬度為10 mm，跨距為60 mm，擺錘能量為2J，沖擊速度為2.9 m/s。測試結果均為6個試樣的平均值。
2 結果與討論
2.1 BF的表征
2.1.1 掃描電鏡(SEM)分析
圖1是玄武巖纖維的SEM照片，可以看出未處理的BF圖l(a)表面非常光滑，經過KH-550處理后，BF的表面變得粗糙圖l(b)。說明在玄武巖處理過程中，偶聯劑形成涂層附著在纖維表面。偶聯劑層增加了BF表面的粗糙程度，同時也改善了與樹脂基體之間的相容性，有利于促進BF與樹脂基體的結合，進而提高了復合材料的力學性能。
2.1.2 傅里葉轉換紅外光譜( FT-IR)分析
圖2(a)是經過KH-550處理過的BF，可以看出，除了880 cm-1和724 cm-1兩處有明顯的紅外峰外，沒有突出的官能團表征出來。此兩處分別對應的是硅類化合物及Si-O的特征峰。圖2(b)中1733 cm-l處的紅外峰一般是羰基(C—O)的特征
峰，應該是未處理BF膠層的成分所帶的官能團。經丙酮洗后在(a)中消失，表明膠層已經去除。圖2(c)顯示的是KH-550的紅外譜圖，可以明顯地看到3356 cm-l與3287 cm-l是- NH2的伸縮振動，2927、2865分別對應的是亞甲基與甲基，1085cm_1、1002 cm-l、916 cm-l分別為Si- 0- Si、Si-O-C、Si- OH的吸收峰。結合圖1的電鏡圖，經KH-550處理的BF表面含有偶聯劑成分，但圖2(a)并不能明顯看到相應的KH-550的特征峰，特別是Si- 0- Si的吸收峰，說明KH-550沒有在BF表面發生明顯的化學反應，這與文獻[20]所述處理后在1100 cm-l左右易發現Si-O-Si吸收峰所出入，可能由于BF表面KH-550的量很少，吸收峰被掩蓋，不易表征。
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2.2 改性玄武巖纖維對木塑復合材料力學性能的影響
圖3(a)是復合材料的彎曲強度和模量與纖維含量的關系圖。可以看出，添加4 wto/o未處理的BF和4 wt%～12 wt%/改性處理的BF，對WPC的彎曲性能影響不大，彎曲模量也基本上在同一水平。有文獻[21]指出玻璃纖維可以和木粉在WPC中形成三維網狀結構，提高WPC的彎曲強度得到提高。本文實驗采用擠出工藝，纖維有一定的取向，不易形成網狀結構，同時界面強度的不足也會影響BF性能的發揮。
圖3(b)是復合材料的拉伸模量和彎曲模量隨纖維含量變化的情況，與WPC相比，加入4 wt%未處理BF，OWPC-4的拉伸強度提高了24%；加入4 wt/%的改性BF，KWPC-4的拉伸強度提高了26%，繼續增加改性BF含量，KWPC拉伸強度及模量基本保持不變。說明BF的種類與含量對復合材料的拉伸強度及模量基本無影響。
復合材料的沖擊強度如圖3(c)所示，在添加4 wt%改性BF時達到最大值，為17. 48 KJ/mp，比WPC提高了1010/，比OWPC提高了63%。纖維含量為8 wt%和12 wt%時，與WPC相比增幅分別為76. 780/、87. 470/。說明添加玄武巖纖維對WPC的沖擊性能影響明顯，改性BF的效果優于未處理BF。究其原因，一方面，BF的加入有助于改善復合材料在受到載荷時的應力集中，另一方面K H-550處理后的BF與樹脂基體的相容性得到提高，在纖維表面形成柔性界面層，增強了材料的韌性。
2.3 玄武巖纖維在復合材料中的微觀形態及分布
圖4是WPC與經液氮脆斷的SEM圖。從圖4(a)可以看出，復合材料中未處理的BF與樹脂基體的結合存在缺陷；經過KH-550處理后，BF與聚乙烯基體的相容性得到了改善，如圖4(b)所示，在纖維表面形成了完整的樹脂包覆層。而圖(c)、(d)的顯示斷面存在大量的纖維端頭凸出以及被拔出形成的孑L洞，少量纖維從端部斷裂，表明不論纖維改性與否，纖維在復合材料中破壞的主要形式是拔出。處理后的BF在破壞形式上與未處理BF沒有明顯差異。
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3 結 論
（1）玄武巖纖維經KH-550處理后，表面變得粗糙，形成偶聯劑涂層，能夠改善與樹脂基體的界面結合性能，進而提高復合材料的力學性能，不過從脫機的效果來看仍需改進
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