生物质纤维基复合包装材料关键技术及应用东纶科技
该成果属于轻工业及包装新材料领域。2017年中国包装行业总产值超过2万亿元，居世界第二，其中纸、塑占比超过80%。开发生物质纤维基复合材料并应用于包装领域，取代塑料、纸张等，既可节约石油资源，又有利于保护生态环境，还能充分利用中国尤其湖南作为农业大省的农林废弃物资源。但制约其推广应用的关徤技术瓶颈主要有四个方面：第一，材料流动性差，不易成型；第二，制品脆性大，限制使用；第三，材料密度大，增加成本；第四，自动化成型困难，生产效率低。针对上述问题，课题组在国家科技支撑计划等项目资助下，以农林植物纤维为对象，持续十五年的科学研究与产业化推广，取得了以下突破： 一、采用物理、化学、微生物相结合的生物质纤维协同处理方法，构建复合材料的流变特性模型，平衡内外润滑体系，提高材料流动性能。 利用模型计算确定工艺参数，采用蒸汽闪爆、碱液浸渍、微生物降解等多层次协同复合处理方法，破坏纤维原料中的氢鍵作用与改变纤维表观形貌，控制物料物性，优化内外润滑体系，提升熔融指数至3.0g/10min，远高于国内外同类产品的0.3g/10min，提高了近10倍，可顺利成型各种复杂制品。 二、利用氢键与羟基相互作用原理，创新生物质纤维/树脂分子链接枝与界面作用机理，引入外场诱导取向，提高材料力学性能，并具有很好的阻燃性。 基于分子结构设计，构建生物质纤维素与高分子链接枝体系，研制生态粘结剂，采用纤维表面包覆与接枝共混相结合技术，引入多维振动诱导，促进纤维交叉取向与界面作用，使其拉伸强度达到30MPa、冲击强度达到20KJ/msup2/sup、拉伸伸长率达到30%以上，而国内外同类产品的拉伸强度最高为17MPa、冲击强度最高为8KJ/msup2/sup、拉伸伸长率小于5%，分别提高了约0.9倍、1.2倍和5倍，利用纤维、树脂、无机盐等之间的协同作用，提高材料的阻燃性能，其垂直燃烧等级达V-0级，水平燃烧等级达HB级，可用于托盘、包装箱等重载领域，拓展应用范围。 三、构建微纳生态发泡控制模型，解析多组分体系中各组分配比及工艺参数与成品形态间的函数关系，实现发泡材料泡孔结构的控制，保证使用强度前提下降品比重。 以生物质纤维原料中的结晶水作为主发泡剂，创新高压突释发泡方法，建立数学糢型，确定熔体强度、含水率、添加剂、压力降等因素与泡孔结构、形态间的关系，实现制品的均匀发泡成型，使其密度小于0.75kg/msup3/sup，而国内外同类产品的最小密度约为1.1kg/msup3/sup，降低了约30%，综合使用成本降低50%以上，促进其在物流运输领域的使用。 四、建立神经网络控制模型，集成机器人技术，开发适用于高纤维含量复合材料加工的智能装备，提高效率，降低废品率。 建立了基于神经网络的生物质制品质量在线预测和控制模型，并集成机器人技术开发智能模压成型生产线，实现复合材料制品生产的大数据化与智能化，使制品废品率小于1/10000。国内外同类产品均只能采用半自动化生产，废品率一般在1％左右。 共授权发明专利17项，完成国家级项目3项、省部级项目3项，发表论文44篇，其中SCI/EI检索论文34篇，培养专业技术人员30余名。 成果已经在欧米咖、华为、无限极等国内外40余家企业得到应用，近3年，累计新增销售额14亿多元。相当于节约塑料3万余吨、减少森林砍伐7万立方，实现农民增收1亿余元。 以邱冠周院士为组长的成果评价专家认为，该成果突破了生物质纤维基复合材料加工和应用推广的技术瓶颈，解决了包装材料来源及石油基包装废弃物不可降解的难题，整体技术处于国际领先水平。
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