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棉秆是一种重要的农作物秸秆,在我国年产量已达到2千万吨,但有效利用率低;棉秆主要化学成分与木材相似,纤维素含量较高,可制备替木材料。聚丙烯薄膜是一种常用的热塑性塑料,在温度和压力作用下,熔融状态具有一定的胶粘性,可用于制备生物质人造板。为有效利用丰富的棉秆资源,增加棉秆的经济附加值,本研究以长棉秆束和聚丙烯薄膜为原料,采用平板热压工艺制备了棉秆/聚丙烯薄膜定向复合板,考察了热压条件对定向复合板的性能影响,在此基础上优化了定向复合板的制备工艺参数,研究了棉秆表面处理对定向复合板的性能影响,探讨了定向复合板的成板机理,取得的主要结论如下:(1)通过单因素和正交试验,探明了棉秆/聚丙烯薄膜定向复合板的制备工艺参数,即薄膜质量分数15%,热压温度185℃,热压时间15 min,密度0.7 g/cm3,在此条件下,定向复合板的静曲强度(MOR)为60.60 MPa,弹性模量(MOE)为5074.4 MPa,内结合强度为(IB)为1.48 MPa,吸水厚度膨胀率(THS)为2.53%,满足定向刨花板OSB/2标准的要求。(2)在较优热压工艺条件下,通过单因素试验,考察了薄膜类型及含量对定向复合板力学和吸水性能的影响。在试验范围内,聚丙烯基复合板力学和吸水性能均优于聚乙烯基复合板,当聚丙烯质量分数为15%时,复合板力学和吸水性能达到最优。薄膜类型及含量对定向复合板的力学和吸水性能影响极显著(P<0.01)。(3)通过对比定向复合板与其他人造板的性能,探明了定向复合板的性能优势。15%聚丙烯基复合板相比于中密度纤维板(MDF),MOR、MOE和IB分别提高了95.5%(P<0.01)、63.7%(P<0.01)和41.0%(P<0.01),THS降低了74.7%(P<0.01);相比于刨花板,MOR、MOE和IB分别提高了157.9%(P<0.01)、84.5%(P<0.01)和48.0%(P<0.01)。15%聚乙烯基定向复合板相比于MDF,静曲强度、弹性模量、内结合强度分别提高了46.2%(P<0.01)、44.8%(P<0.01)和24.8%(P<0.05),吸水厚度膨胀率降低了72.0%(P<0.01);相比于刨花板,静曲强度、弹性模量、内结合强度分别提高了92.9%(P<0.01)、63.3%(P<0.01)和31.0%(P<0.05)。(4)棉秆表面处理改善了定向复合板的力学和吸水性能。与未改性的复合板相比,异氰酸酯胶(PMDI)改性效果最好,当PMDI质量分数为3%时,定向复合板的静曲强度、弹性模量和内结合强度分别增加了22.7%(P<0.01)、15.0%(P<0.01)、289.5%(P<0.05),吸水厚度膨胀率降低了89.4%(P<0.01);乙烯基三甲氧基硅烷(A171)改性效果次之,当A171质量分数为3%时,定向复合板的静曲强度、弹性模量和内结合强度分别增加了12.8%(P<0.01)、16.2%(P<0.01)、123.7%(P<0.01),吸水厚度膨胀率降低了59.7%(P<0.01);马来酸酐接枝聚丙烯(MAPP)改性效果最差,当MAPP质量分数为2%时,定向复合板的静曲强度、弹性模量和内结合强度分别提高了8.7%(P<0.01)、17.0%(P<0.01)、40.9%(P<0.01),吸水厚度膨胀率降低了41.0%(P<0.01)。(5)在单一改性基础上,棉秆表面复合改性进一步提高了定向复合板的力学和吸水性能。其中,A171和PMDI复合改性效果最好,MAPP和PMDI复合改性效果次之。(6)利用扫描电子显微镜、傅里叶红外光谱和X射线剖面密度仪等分析方法,探明了棉秆/聚丙烯薄膜定向复合板的成板机理,发现棉秆纤维在热压过程中压缩变形,熔融塑料未能填充到棉秆纤维内部,而是填充到棉秆之间的空隙并包裹棉秆纤维,在两者的接合界面形成机械互锁结构,从而有效的改善复合板的力学和吸水性能。本研究将为农作物秸秆和塑料薄膜的开发利用开辟新途径,也为生物质定向复合板的研究提供重要理论依据。