中国竹材储量达1.27亿t，产量位居世界第一。利用竹材与热塑性树脂复合所开发的材料，比强度、比模量高，可替代木材(Hornsby et al., 1997)，通过热熔等方法可分离增强体与基体，实现原料回收利用。2005年中国PVC总产量达8 772 kt(杨惠娣，2008)，已超过美国，居世界第1位，且产量以每年22.32%的速率递增。针对中国的资源优势，研发竹/塑复合材料具有重要的现实意义及应用前景。

成型工艺是制备竹/塑复合材料的关键问题。国内外学者在热模压工艺制备天然纤维/树脂复合材料方面进行了大量研究，日本同志社大学以竹纤维为增强体，采用热模压工艺制备了聚丙烯复合材料和聚乳酸复合材料(Shito et al., 2002；Fujii et al., 2004)，国外一些学者采用热模压工艺制备了麻纤维/塑料复合材料(Kumari et al., 2007；Mizuta et al., 2006；Mohanty et al., 2003；)，国内有些学者在热模压工艺制备秸秆/塑料复合材料方面进行了研究(郭文静等，2006；王正等，2007；许民等，2006；2007)。但关于竹颗粒/PVC复合材料成型工艺的研究还未见报道。

本试验研究热模压时间及温度对竹颗粒/PVC复合材料(bamboo particle reinforced PVC composite，BPPC)性能的影响，重点考察不同模压温度对BPPC物理力学性能、热特性及微观形态的影响，为BPPC的制备及热模压工艺优化提供理论依据。

1 材料与方法 1.1 材料

竹屑来自浙江省临安市竹材加工厂，粉碎成直径为300 μm左右的竹颗粒并烘至含水率＜3%，放入干燥皿备用；基体树脂PVC牌号M-1000，上海氯碱化工股份有限公司生产。

1.2 方法 1.2.1 BPPC制备

BPPC制备工艺路线为：原料预处理→混料→铺装→预热处理→热压成型。竹颗粒和PVC按质量比50:50混合。通过前期预试验设定BPPC目标密度1.0 g·cm^-3，模压压力10 MPa，热模压温度175 ℃。对比竹颗粒/PVC混合物未预热与预热处理，热模压时间在5~11 min范围设定，热模压温度在165~190 ℃范围设定，制备BPPC并测定其物理力学性能。BPPC热压模具为实验室自主设计。每一处理4次重复，取平均值。

1.2.2 BPPC物理力学性能测试

采用深圳新三思公司生产的CMT4503型万能材料试验机测试BPPC的力学性能。材料的拉伸强度试验、弯曲强度试验分别根据ASTM D637和ASTM D790标准制样并测试。BPPC耐水性参照ASTM D570标准测试2 h吸水率和厚度膨胀率。

1.2.3 BPPC热性能测试

采用耐驰公司的DSC 200F3型差示扫描量热仪(differential scanning calorimetry，DSC)测定原料和BPPC的热特性，升温速率为15 ℃·min^-1，试验过程为氮气气氛。

1.2.4 BPPC微观形态分析

将BPPC的表面切片和冲击断面采样后镀上金膜，在新西兰FEI公司生产的SIRION-100场发射扫描电子显微镜(scanning electron microscopy，SEM)上观测其微观结构。

1.2.5 数据分析

采用SAS 8.02对试验数据进行统计分析，研究各因素在α=0.05时对各指标影响的显著性。

2 结果与分析 2.1 预热及热模压时间对BPPC物理力学性能影响

考察了A(预热、热模压5 min)、B(未预热、热模压5 min)、C(预热、热模压8 min)、D(未预热、热模压8 min)、E(预热、热模压11 min)及F(未预热、热模压11 min)等工艺制备的BPPC物理力学性能，结果见表 1。

由表 1可见，采用预热处理制备的BPPC物理力学性能优于未预热处理。这是因为预热处理使基体PVC熔融充分，流动性增强，提高PVC对竹颗粒的浸润程度，竹颗粒在PVC中分布较未预热处理的BPPC更为均匀，所以预热处理改善了BPPC的物理力学性能。

采用预热处理，随着热模压时间的增加，BPPC力学性能提高，2 h吸水率和厚度膨胀率减少。未预热处理BPPC的物理力学性能与热模压时间呈现出相同的变化规律。这是因为相同预热条件，热模压时间越长，PVC对竹颗粒的浸润越充分。采用预热处理、热模压11 min时BPPC的物理力学性能最佳，采用预热处理预热、热模压8 min BPPC的物理力学性能略低于采用预热处理、热模压11 min的结果。由于热模压时间延长将增加能耗，以下研究中采用预热处理、热模压8 min制备BPPC。

2.2 热模压温度对BPPC物理力学性能影响

分别考察模压温度165，170，175，180，185和190 ℃时预热处理、热模压8min的BPPC物理力学性能，结果见表 2。

由表 2可见，随着热模压温度的增加，BPPC的拉伸强度、弹性模量、静曲强度及内结合强度分别呈现先增大后减小的趋势，热模压温度为180 ℃时，上述各指标均达到最大。这是因为热模压温度过低，少量大分子质量PVC未熔融，PVC的流动性较弱，对竹颗粒的浸润不彻底，BPPC中PVC与竹颗粒存在分离相，影响BPPC力学性能。温度过高，基体PVC熔融和聚合速率加快，熔融的PVC还未浸润竹颗粒即已聚合，影响PVC对竹颗粒的浸润，因而热模压温度过高使得BPPC的力学性能降低。

随着热模压温度的增加，BPPC 2 h吸水率和厚度膨胀率逐渐减小，当热模压温度大于180 ℃时，随着温度的增加，BPPC 2 h吸水率和厚度膨胀率略有减小。这是因为热模压温度过低，少量大分子质量PVC未熔融，BPPC中PVC与竹颗粒存在分离相，水分子容易浸入，导致BPPC的吸水率和厚度膨胀率较高。

2.3 热模压温度对BPPC热特性影响

竹颗粒中木质素含量23.8%~26.1%(Higuchi，1957)，采用DSC考察竹颗粒木质素的结晶熔融温度为193~195 ℃，PVC熔融温度为153~177 ℃。采用DSC对不同热模压温度BPPC的热特性进行分析，结果如图 1。

热模压温度为165 ℃制备的BPPC的DSC曲线在155和185 ℃附近分别出现2个熔融峰，竹颗粒与PVC混合制备的BPPC存在分离相，因此，BPPC的力学性能差，2 h吸水率和厚度膨胀率高。170，175，185和190 ℃时，BPPC的DSC曲线在155 ℃附近具有不规则熔融峰，说明竹颗粒与PVC相容性提高，但二者并未完全相容。180 ℃时DSC曲线显示1个熔融峰，且该峰介于木质素和PVC的熔融峰之间，竹颗粒与PVC完全相容，因此，热模压温度180 ℃制备的BPPC的力学性能最佳，2 h吸水率和厚度膨胀率较优。

2.4 BPPC微观形态

图 2所示为采用预热处理、热模压温度为180 ℃、模压时间8 min制备的BPPC的切片平面和冲击断面微观形态。

由图 2a可见，竹颗粒在PVC基体中的分布较为均匀，竹颗粒与PVC的相容性较好，因而采用该工艺生产的BPPC物理力学性能较优；由图 2b可见，BPPC冲击过程中部分竹颗粒从基体PVC中拔出，表明竹颗粒与PVC呈现了较好的相容性。

3 结论

竹颗粒/PVC混合物料预热处理制备的BPPC物理力学性能优于未预热结果。热模压温度175 ℃时，随着热模压时间的增加，BPPC的物理力学性能提高。采用预热处理、热模压时间为8 min、热模压温度在165~190 ℃内随着温度的升高，BPPC的力学性能先增加后降低，2 h吸水率和厚度膨胀率逐渐降低，最佳热模压温度为180 ℃。DSC分析结果表明，热模压温度对竹颗粒和PVC的相容性影响显著，模压温度180 ℃时二者呈现较好的相容性。SEM分析发现，采用预热处理、热模压温度180 ℃、热模压8 min的BPPC，竹颗粒在PVC基体中的分布较为均匀，界面相容性较好。本研究制备的BPPC物理力学性能指标均达到或优于GB/ T 17657人造板国家标准，在某些领域可以替代木材材料。