磁性竹基纤维复合材料表界面性能研究
摘要：随着时代的进步科技的发展，电子产品生活中随处可见，然而电磁波辐射的危害也越来越大，与之对应的磁性吸波材料得到广泛的研究和应用。本文全面综述国内外当前典型的磁性木材制备方法，并理清进一步的研发思路与方向。全球气候变暖，国家绿色政策的实施，森林愈发显得弥足珍贵，竹基纤维复合材料（竹钢）的出现，更加有效地保护了人类的生存环境。同面积的竹林可比树林多释放35%的氧气,竹产业不仅仅是低碳产业，而更应该是负碳产业。竹基纤维复合材料不仅绿色低碳，而且具有高强度、低碳环保、高耐候性、阻燃、净化空气、使用寿命长等特点。本文就是在此基础上对竹基纤维复合材料进行吸收电磁波改性、表面性能改性。
关键词：竹基纤维复合材料、电磁波吸收、磁性、硅烷偶联剂表面改性
- 国内竹材资源现状
中国是世界上竹子分布最广的地区之一，中国的竹种和竹林面积约占世界的1/3，据统计，中国有40多种竹子，竹林面积超过600万平方米。据第八次森林资源调查结果，中国现有人工经营的竹林面积为600多万平方米，并且以年均15万平方米以上的速度快速增长，为中国竹子的加工和利用提供了非常有利的条件。竹子作为一种环境友好的天然生物材料，每年砍伐的竹子约15亿多支，其累计起来相当于木材资源的20多万立方米，可以大大减少木材森林的砍伐。竹子具有独特的生长特性，生态环境保护功能和经济价值，被公认为环保和可再生循环利用的资源库和能源库，已被广泛应用于建筑、桥梁、家具、汽车和许多日用品等各个领域，开发利用好速生竹子代替成材时间长的木材，有利于培育竹子新型产业和提高山区农民经济收入，为我国可持续发展战略和生态文明建设作出贡献[1]。经过30多年的不断探索和发展，中国竹材人造板的技术和研发一直走在世界的前列。进入21世纪后，中国的竹材加工技术和产业经历了巨大的突破和创新。在竹材人造板加工技术中，竹子化学改性技术日趋成熟，更加环保，通过切割，干燥，上浆，冲裁和压接等一系列工艺制成的人造板具有幅面大，质地坚硬、不易开裂，稳定性好，赋予了竹材人造板较高的强度、刚性、耐磨性和各向异性降低等优点。在竹材人造板发展趋势方面，竹产品逐渐取代了木制产品，出现了竹地板、重组竹等为代表的新型竹材人造板，进一步推动了竹材人造板的发展，实现了用速生的竹材人造板代替部分生长周期较长的木质板。有利于实施天然禁林和退耕还林政策，对我国竹林经济发展和竹子加工技术发挥着重要作用[2-3]。
竹纤维作为一种直接从竹子中提取的天然植物纤维，是代替高成本的木纤维和不可降解的化纤的良好材料，它具有良好的机械性能，可广泛用于纺织品，汽车内饰，纤维增强材料等。据相关统计调查，2015年我国竹纤维的实际需求量约为8.06万吨，国际市场对竹纤维的实际需求约为6万吨，而这基本都由我国出口。随着竹纤维的优良性能得到各国各行各业的高度认可，对竹纤维下游产业的开发也越来越多。然而竹材的缺点也是显而易见的，容易生虫、发霉，会受环境影响变形开裂，并且一般的竹材产品功能较单一，不能较好的满足人们的需求，需要进一步地研究增加和增强各种功能，以适应时代的进步。
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研究背景
- 电磁波污染
环境中的电磁波辐射污染源，包括人类发明、制造和使用的能够产生和环境中的电磁波辐射污染源，包括人类发明、制造和使用的能够产生和辐射电磁波的一切电子仪器、装置和设备，例如，广播电台、电视台、雷达、导航设备、无线电通讯设备、高频加热设备、高频淬火设备、塑料热合设备、输电配电设备、电子医疗设备、电器机车、汽车点火系统以及人们生活中使用的电磁灶、微波炉、电视接收机、移动电话（手机）等各种家用电器。临床观察结果和动物实验证明，电磁波污染对于人体和公众人群健康的危害，是不可掉以轻心的。电磁波辐射污染，导致人体的生命支持系统的功能下降者破坏，从而引发各种疾病的发生，危害人们的身体健康。电磁波污染对人体的危害，主要表现在对三个十分重要的生命支持系统，即神经系统、免疫系统和生殖系统的危害。电磁波污染所导致的神经系统的失调，主要表现在头晕、头痛、失眠、记忆力减退，以及诱发脑瘤和其它各种脑疾患。目前，科学家们对此研究的主要成果已经有如下结论：高频电磁场能直接改变穿过神经细胞壁的离子的流速和流量，从而扰乱神经细胞内自然电传导节律；高频电磁场能改变脑体内的磁场。脑磁场的异常变化，将导致中枢神经系统的功能发生紊乱，引起各个器官和组织的功能失调，诱发各种疾病的发生；高频电磁场能改变神经细胞的生物学形态，从而使脑细胞的功能发生变异。瑞典科学家发现，长期在微波辐射下工作的人，脑脊液的成分和数量发生了异常变化[4]。
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- 竹材霉变
竹材霉变源于霉菌在其表面的生长和繁殖。不同地区竹材霉菌种类及危害程度有所不同，只有了解其生长特性及影响因素，才能选择有效的途径与合适的防霉剂进行防霉处理。竹材细胞壁组成物质含量与木材中的阔叶材相似，非细胞壁物质含量较阔叶材高，如淀粉、还原糖、蛋白质、脂肪、矿物质等，能给许多种类的细菌、真菌和蛀虫提供充足的营养物质，使竹材及其制品在贮运、加工和使用过程中，极易发生霉变。菌腐和虫蛀为害，影响其质量，降低甚至完全失去使用价值。对竹材霉变起决定作用的因素是环境湿度，当环境相对湿度低于75%时，基本不发生霉变；当相对湿度高于95%时非常有利于霉菌的繁殖，造成霉变迅速发展。然而对竹材含水率起决定作用的是其表面的疏水性，可以这样说竹基材料的表界面疏水性能直接影响着霉变的产生。对竹材进行表面改性增强疏水性，能有效地缓解竹材霉变，增强尺寸稳定性。户外竹木栈道之所以可以经过数年的风吹雨淋也不腐朽霉变，就是因为经过了表面改性增强了疏水性从而增强了尺寸稳定性和耐候性。
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电磁波吸收机理及防霉机理
- 电磁波吸收机理
一个均匀平面波在某种无限大材料中传播时,其电场强度振幅和磁场强度振幅不断地衰减，也即电磁波能量不断被吸收，这种材料被称之为电磁波吸收材料。材料区吸收电磁波能量的机理是利用了材料在外加电场或磁场作用下产生的极化、磁化现象。在这些现象中,材料中的电偶极矩磁偶极矩产生取向或位移,通过这些分子运动把电磁波能量转化为热能而被消耗[5]。
赋予竹木材料磁性能够有效地吸收电磁波，减轻电磁波污染对人体的伤害，有效解决了竹木材料的功能单一的问题，增加竹木材料使用价值，提高了竹材的附加值。
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