前言木塑复合材料( Wood-Plastic Compos-ites，以下简称WPC)是以各种植物及木质纤维和废旧热塑性塑料为原料，通过热加工制备得到的一类新型复合材料。它的出现有利于缓解目前木材资源匮乏的问题，有效解决了天然及合成高分子材料废弃物的资源化利用，因而备受关注，目前已广泛应用于汽车工业、建筑行业、室内装饰、家电和运输等行业方面。由于兼具木质纤维材料与聚合物材料的部分性能特点，木塑复合材料具有优良的综合性能。其力学强度好，抗冲击能力高，热伸缩性低于塑料，耐水和耐潮湿性能明显优于木材，尺寸稳定，耐磨，耐化学腐蚀，耐虫蛀，防腐朽。木塑复合材料还同时具备木材和塑料的双重加工性能，既可采用挤出、热压等塑料或木质人造板工艺进行成型生产，也可采用锯、刨、旋切、磨削、砂光、胶合、轧花、印刷等木材或塑料的加工方法进行加工和后期处理。
目前木塑制品主要应用在户外铺板、栅栏等园林景观制品方面。由于在力学强度和木材存在差距，使其在门窗、家具等的结构部件的应用上仍受到很大的限制。近年来无机质纤维迅猛发展，已经在树脂基复合材料中得到了广泛的应用，而其在木塑复合材料领域也已逐渐兴起。因此利用无机质纤维增强木塑复合材料力学性能是拓展其应用的一个良好途径。
玄武岩纤维(BF)是天然玄武岩矿石经高温熔融后通过铂铑合金拉丝制成的一种新型高性能纤维。最早诞生于前苏联的乌克兰科学研究院。近年来随着全新低能耗生产装置的诞生，其高性价比优势逐渐凸显出来。
玄武岩表面呈化学惰性，直接加入木塑复合材料中不能形成良好的界面结合，需要对纤维表面进行改性处理，以充分发挥其性能优势。本文主要研究玄武岩纤维经过偶联剂处理后对木塑复合材料性能的影响。
1 实验部分
1.1 原料与设备
高密度聚乙烯(HDPE)：5000 S，大庆石化总厂生产，密度0. 954 9．cm-3，熔融指数0.7g'10 min-1；玄武岩纤维(BF)：浙江石金公司产，长6 mm，直径13 Um;杨木粉：40～80目，含水率≤2%；y-氨丙基三乙氧基硅烷偶联剂（KH-550）：上海耀华化工厂生产；丙酮、无水乙醇，天津市科密欧化学试剂有限公司生产，分析纯。
1.2 材料制备
1.2.1BF表面改性处理
改性处理前，BF先在索氏抽提器中用丙酮抽提12 h，再用蒸馏水浸泡5次，每次30 min，除去表面杂物，然后在80℃烘箱内烘干3h，室温下于干燥器中贮存备用。
参考文献[20]的方法，将无水乙醇与蒸馏水按9:1的比例混合配制成溶剂，加入硅烷偶联剂，偶联剂与玄武岩纤维质量比为3：100，用玻璃棒搅拌均匀。5 min后加入玄武岩纤维，静置30 min后取出室温晾干，随后在120℃烘箱内加热2h，使偶联剂在纤维表面缩聚形成偶联剂层。反应结束后取出纤维，用丙酮和蒸馏水交替冲洗3次，置于80℃烘箱内烘干3h，得到改性BF备用。
1.2.2 复合材料制备
木粉在105℃的烘箱中干燥至含水率3%以下贮存待用。按表1的物料配比，将改性BF与木粉、HDPE、MAPE、石蜡润滑剂在SHR - IOA型高速混合机中混合10 min，然后转入30 mm /40 mm双阶挤出机组挤出成型为截面尺寸40 mm×4 mm的片材。其中熔融区温度为145℃，挤出区温度为145～160℃，定型区温度为1 65℃。
1.3 材料表征
1.3.1 扫面电子显微镜分析(SEM)
复合材料经液氮低温淬断（纤维试样不需淬断），断面喷金处理后，采用荷兰FEI公司Quan-Ta200型环境扫描电子显微镜对表面微观形态进行观察，加速电压12.5 KV。
1.3.2 傅里叶转换红外分析( FT-IR)
采用美国Thermo Nicolet公司的Magna-IR560红外光谱仪在室温下分析未处理BF与改性BF的表面化学键构，数据采集范围为400～4000 cm-l，每个样本的扫描频率为32，分辨率为4 cm-l。
1.3.3 力学性能测试
复合材料的弯曲性能采用RGT-20A万能力学试验机（深圳瑞格尔仪器公司），按照ASTM标准塑料弯曲试验标准D790 - 03规定的方法进行测试，试件长度为80 mm，宽度为13 mm，跨距为64 mm，加压速度为2 mm/min测试拉伸性能所用仪器同上，按照ASTM标准塑料拉伸试验标准D638 - 03规定的方法进行测试，试件总长度为165 mm，两端宽度为19 mm，中间测试部分宽度为13 mm，标距为50 mm，弧半径为76 mm拉伸速度为5 mm/mln。
简支梁无缺口冲击强度按照ASTM标准塑料冲击试验标准D4812进行简支梁摆锤冲击试验，测试仪器为JC- 25型冲击试验机（承德精密试验机公司），试件长度为80 mm，宽度为10 mm，跨距为60 mm，摆锤能量为2J，冲击速度为2.9 m/s。测试结果均为6个试样的平均值。
2 结果与讨论
2.1 BF的表征
2.1.1 扫描电镜(SEM)分析
图1是玄武岩纤维的SEM照片，可以看出未处理的BF图l(a)表面非常光滑，经过KH-550处理后，BF的表面变得粗糙图l(b)。说明在玄武岩处理过程中，偶联剂形成涂层附着在纤维表面。偶联剂层增加了BF表面的粗糙程度，同时也改善了与树脂基体之间的相容性，有利于促进BF与树脂基体的结合，进而提高了复合材料的力学性能。
2.1.2 傅里叶转换红外光谱( FT-IR)分析
图2(a)是经过KH-550处理过的BF，可以看出，除了880 cm-1和724 cm-1两处有明显的红外峰外，没有突出的官能团表征出来。此两处分别对应的是硅类化合物及Si-O的特征峰。图2(b)中1733 cm-l处的红外峰一般是羰基(C—O)的特征
峰，应该是未处理BF胶层的成分所带的官能团。经丙酮洗后在(a)中消失，表明胶层已经去除。图2(c)显示的是KH-550的红外谱图，可以明显地看到3356 cm-l与3287 cm-l是- NH2的伸缩振动，2927、2865分别对应的是亚甲基与甲基，1085cm_1、1002 cm-l、916 cm-l分别为Si- 0- Si、Si-O-C、Si- OH的吸收峰。结合图1的电镜图，经KH-550处理的BF表面含有偶联剂成分，但图2(a)并不能明显看到相应的KH-550的特征峰，特别是Si- 0- Si的吸收峰，说明KH-550没有在BF表面发生明显的化学反应，这与文献[20]所述处理后在1100 cm-l左右易发现Si-O-Si吸收峰所出入，可能由于BF表面KH-550的量很少，吸收峰被掩盖，不易表征。
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2.2 改性玄武岩纤维对木塑复合材料力学性能的影响
图3(a)是复合材料的弯曲强度和模量与纤维含量的关系图。可以看出，添加4 wto/o未处理的BF和4 wt%～12 wt%/改性处理的BF，对WPC的弯曲性能影响不大，弯曲模量也基本上在同一水平。有文献[21]指出玻璃纤维可以和木粉在WPC中形成三维网状结构，提高WPC的弯曲强度得到提高。本文实验采用挤出工艺，纤维有一定的取向，不易形成网状结构，同时界面强度的不足也会影响BF性能的发挥。
图3(b)是复合材料的拉伸模量和弯曲模量随纤维含量变化的情况，与WPC相比，加入4 wt%未处理BF，OWPC-4的拉伸强度提高了24%；加入4 wt/%的改性BF，KWPC-4的拉伸强度提高了26%，继续增加改性BF含量，KWPC拉伸强度及模量基本保持不变。说明BF的种类与含量对复合材料的拉伸强度及模量基本无影响。
复合材料的冲击强度如图3(c)所示，在添加4 wt%改性BF时达到最大值，为17. 48 KJ/mp，比WPC提高了1010/，比OWPC提高了63%。纤维含量为8 wt%和12 wt%时，与WPC相比增幅分别为76. 780/、87. 470/。说明添加玄武岩纤维对WPC的冲击性能影响明显，改性BF的效果优于未处理BF。究其原因，一方面，BF的加入有助于改善复合材料在受到载荷时的应力集中，另一方面K H-550处理后的BF与树脂基体的相容性得到提高，在纤维表面形成柔性界面层，增强了材料的韧性。
2.3 玄武岩纤维在复合材料中的微观形态及分布
图4是WPC与经液氮脆断的SEM图。从图4(a)可以看出，复合材料中未处理的BF与树脂基体的结合存在缺陷；经过KH-550处理后，BF与聚乙烯基体的相容性得到了改善，如图4(b)所示，在纤维表面形成了完整的树脂包覆层。而图(c)、(d)的显示断面存在大量的纤维端头凸出以及被拔出形成的孑L洞，少量纤维从端部断裂，表明不论纤维改性与否，纤维在复合材料中破坏的主要形式是拔出。处理后的BF在破坏形式上与未处理BF没有明显差异。
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3 结 论
（1）玄武岩纤维经KH-550处理后，表面变得粗糙，形成偶联剂涂层，能够改善与树脂基体的界面结合性能，进而提高复合材料的力学性能，不过从脱机的效果来看仍需改进
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