纖維結(jié)構(gòu)“仿木”制作出的產(chǎn)品

　　“以往的原木或仿木材料，在性能優(yōu)勢上往往顧此失彼，且離不開對木材的消耗，”朱錦說，這一材料的研制及相關技術(shù)的突破，將減少人類對木材的依賴，促進木材的可持續(xù)發(fā)展。

纖維結(jié)構(gòu)“仿木”制作出的產(chǎn)品

　　微觀設計再現(xiàn)“古式纖維復合”

　　纖維沿著生長方向排列，造成了天然木材的各向異性——木材受壓時，每個細胞都相當于一根管柱，在橫紋、順紋兩種情況下會表現(xiàn)出不同的抗壓能力，導致木材便于加工的同時也容易翹曲。而人工纖維復合材料，以其優(yōu)異的力學性能，較低的密度等優(yōu)勢，在現(xiàn)代制造業(yè)具有寬廣的用途。

　　“從樸素的觀點來看，纖維復合材料的歷史可追至古代。古人用稻草或麥秸增強粘土來制造房屋，就是一種纖維復合材料的利用。”朱錦告訴科技日報記者，由于秸稈難于收集處理，且易腐易燃易吸水，在現(xiàn)代復合材料中很難再見到它們的身影。

纖維結(jié)構(gòu)“仿木”制作出的產(chǎn)品

　　基于不同材料的優(yōu)勢，以及對秸稈資源利用，實驗團隊從木材紋理結(jié)構(gòu)出發(fā)，著手研發(fā)植物纖維高分子復合材料。最需要解決的，就是蓬松纖維的添加問題。

　　“將植物纖維里的微觀纖維，從主干中分離出來，需要強勁的剝離力。讓高含量的植物纖維與塑料樹脂進行充分共混，須有強力共混攪拌扭矩的硬件設備。”

　　朱錦說，團隊與一家山東的科企歷時三年研制出的高速共混設備，能制備出植物纖維填充量高達80%的熱塑性復合材料。

　　“經(jīng)該設備處理后的微植物纖維，殘留長度能保持在2-8mm，”朱錦解釋道，這令能它在復合材料中起到類似鋼筋混凝土中“鋼筋”的作用，讓成品的力學性能遠高于市場上的木塑復合材料。

　　植物纖維含量一旦提高，植物纖維高分子復合材料的熔體粘度也會相應增加，會使得材料在注塑過程中流動性變差，甚至無法充滿模腔，最終獲得的制件表面容易形成各式缺陷。為此，朱錦團隊采用“內(nèi)潤滑”加“外潤滑”的復配潤滑劑體系，降低了熔體的內(nèi)部粘度，減小了熔體與設備之間的摩擦。

　　朱錦表示，團隊優(yōu)選合適的相容助劑，改善親水植物纖維與疏水性高分子樹脂之間的相容性，提高兩者在微觀層面的結(jié)合力，最終制備出了具有高強度、高模量的植物纖維增強高分子復合材料。

纖維結(jié)構(gòu)“仿木”制作出的產(chǎn)品

　　獨家配方增強仿木“體質(zhì)”

　　眾所周知，植物纖維與常見的塑料都是易燃品。植物纖維復合材料的阻燃問題依然是業(yè)界難題，很多研究者多通過有機溶劑或者堿液處理纖維，破壞纖維表面的結(jié)構(gòu)，然后加入阻燃劑進行阻燃。

木材及其微觀纖維結(jié)構(gòu)

　　“這種做法會產(chǎn)生大量的廢棄溶劑和堿液，在環(huán)保處理方面增加了很多額外成本。”朱錦帶領團隊采用植物纖維與樹脂基體分步阻燃化的方案，先用水對植物纖維進行簡單的噴淋，再用常規(guī)的加工方法與環(huán)保型阻燃劑，使樹脂獲得足夠的阻燃能力，植物纖維復合材料點燃十秒后，離火便自動熄滅。

　　防得了火，能否防潮？

　　實驗團隊將封閉樣條恒溫20℃浸泡在水中，100天后，樣條的吸水率仍然低于2%。為讓樣品多吸水，實驗人員將擠出塊材表面的塑料層切除，又進行了60天的吸水性測試，樣品的吸水率均仍未超過20%，遠低于30%的腐爛臨界值。

　　“這是因為在高速共混機中，高分子基體與纖維達到了非常均勻的共混，完成了對植物纖維的有效包裹。”朱錦表示，團隊做了大量精密計算，才得出配方設計，讓高達80%植物纖維含量的復合材料依然能夠受到高分子基體的保護，大幅度降低吸水性能。同時保證了植物纖維復合材料在高溫濕熱的情況下，依然具有良好的穩(wěn)定性能。

蓬松的植物秸稈與高速共混設備，板材擠出連續(xù)生產(chǎn)線，復合材料粒料

　　“目前團隊已經(jīng)貫通了植物纖維高分子復合材料的整體工藝路線，具備了一定的生產(chǎn)與制備能力，并使產(chǎn)品在成本與使役性上取得了良好的平衡。”朱錦表示，隨著研發(fā)和市場推廣的深入，這款“仿木”產(chǎn)品會很快進入市場，從而促成人類將綠色還給森林。