秸秆是一种天然高分子材料,来源非常丰富,且价格低廉、密度低,具有良好的生物降解性。我国对秸秆的利用除用于造纸、牲畜饲料外,大多数通过掩埋、焚烧等方法处理掉,这不仅浪费资源,且污染环境。从环境保护和资源开发利用的角度出发,对植物秸秆经过一定的化学和机械处理,作为复合材料的增强材料在国内外已受到高度重视,并取得了一定进展。植物纤维复合材料(NFRP)结合了塑料和植物纤维的优点,而且对于解决能源短缺和环境污染有十分重要的意义,但是植物纤维与热塑性塑料之间的界面相容性和植物纤维在塑料基体中的分散性严重制约着这类复合材料的发展,因此需要对植物纤维进行处理,以改善其与塑料之间的界面相容性。常用的秸秆改性处理方法有碱化处理法、酸化处理方法、氧化处理方法和物理处理方法等,但存在对环境污染大、耗能多、效率低等问题；而微波辐射处理具有干燥清洁、均匀、生产效率高、耗能少等特点,同时可以增大纤维表面粗糙度,降低纤维极性,有利于加强界面相互渗透深度和界面机械互锁。本研究的主要目的是为了找到一种高效、环保且简单易行的方法来改善秸秆纤维表面的亲水性,提高秸秆纤维与热塑性塑料(如PE、PP等)的界面相容性,制备出性能优异,环境友好的绿色环保材料,从而能将秸秆纤维这一巨大的生物资源利用起来,同时尽可能的减小来自石油化工等非可再生资源的使用量,从而达到变废为宝、有限资源综合利用、保护环境的目的,为植物纤维复合材料在我国的工业化生产和应用作积极而有效的探索。因此本文使用具有干燥清洁、均匀、生产效率高、耗能少等特点的微波辐射技术对秸秆纤维表面进行改性,达到增大纤维表面粗糙度,降低纤维极性的目的,并创新性的利用微波辐射将偶联剂接枝到植物纤维表面,以加强界面相互渗透深度和界面机械互锁。在此基础上运用过渡态理论设计出一种新型的利用偶联剂和界面改性剂复配使用的改性方法来处理秸秆纤维表面,也取得良好的实验结果。同时采用现代分析技术手段,如红外光谱分析(IR)、X-射线衍射(XRD)等表征和评价了微波对秸秆纤维表面改性效果及对其微观结构的影响；首次利用原子力显微镜(AFM)表征了改性秸秆纤维表面微观形貌和粗糙度的变化。通过混炼、热压等工艺制备改性植物纤维复合材料,测定了样条的力学性能,结合扫描电子显微镜(SEM)分析了复合材料界面组成,考察了界面改性剂的作用,最后针对秸秆纤维与高分子基体的界面复合机理进行了探讨。研究结果表明：1.未经微波处理的秸秆纤维表面比较光滑,平均粗糙度Ra为(86.7±6.335)nm,均方根粗糙度Rq为(141.1±9.055)nm；经微波处理的秸秆纤维表面比较粗糙,并出现许多细小孔洞,其平均粗糙度Ra为(445.0±28.14)nm,均方根粗糙度Rq为(558.9±33.458)nm,微波辐射处理前后秸秆纤维的表面形态差异较大。这说明微波辐射可以秸秆纤维表面粗糙程度增大,从而有利于与非极性高分子基体的复合。秸秆纤维的表面粗糙度对复合界面强度的影响主要表现在两个方面：在秸秆纤维与高分子基体能够形成良好润湿以及有利表面粗糙形态的前题下,表面粗糙度较大意味着可以在界面形成较深的界面扩散和机械互锁。2.由XRD的结果可以看出,经微波辐射处理后,秸秆纤维在20=22.3°处的衍射峰移至21.8°,且峰宽稍有增加,在38.1°,44.3°,64.6°,78.9°处出现的4个衍射峰,除强度稍有增强,其峰形和位置与未经处理秸秆纤维的衍射峰基本一致,表明微波处理对纤维的结晶形态影响不大。3.本研究中采用的几种表面改性方法对秸秆纤维表面亲水性均有较好的改善效果：微波接枝KH550组和CPVC/KH550组改性效果最佳,经微波／KH550处理后接触角0=95.68°,经CPVC/KH550处理后接触角0=98.96°,较未经任何处理的秸秆纤维的平衡接触角0=74.65°有着明显提高；微波／钛酸酯组对秸秆纤维表面亲水性的改善效果稍次之,经微波／钛酸丁酯处理后接触角0=91.44°,经微波／TAIC处理后接触角0=86.89°。秸秆纤维经过不同的表面处理后,接触角均变大。说明秸秆纤维表面的亲水性变小,疏水性增大,从而有利于改善与高分子基体的界面相容性。同样,改性后秸秆纤维表面能均有不同程度减小,其中经微波／KH550处理后秸秆纤维表面能最为接近HDPE基体；改善复合材料界面特性的一个重要的技术措施是对纤维材料和高分子基体表面性能的改进。有效改善纤维和高分子基体的表面能及表面极性状态,对于改善纤维与高分子基体表面分子的相容性是十分有效的。4.FT-IR光谱表明微波处理样中未产生新的官能团,但分子间氢键及分子内氢键发生了变化。处理后秸秆纤维表面-OH减少而C-O-C连接增多,导致这一变化的原因可能是-OH在界面改性剂的条件下发生了脱水或者酯化,从而使秸秆纤维表面极性减弱,有利于秸秆纤维的复合。5.从复合材料的SEM微观结构研究发现,未经处理的秸秆纤维表面光滑,与高分子基体相容性较差；经微波结合偶联技术处理后的植物纤维形成了大量微隙与孔洞,表面粗糙程度增大,在HDPE中纤维与高分子基体相容性良好,复合界面模糊,复合材料力学性能保持率也较高。处理后的秸秆纤维与塑料的复合材料断面,秸秆纤维与塑料结合得比较紧密,纤维表面粘满了塑料且粘结牢固,秸秆纤维在塑料间的混合也比较均匀,不易区分,并且在断面处有大量拉丝,说明纤维与塑料之间形成了比较致密的界面结合层,致使复合材料在断裂的时候裂缝不能在界面上发生,转移到了塑料内部,使拔出的纤维表面包裹着一层塑料。6.从复合材料的性能来看,处理后的秸秆纤维比未处理的原料秸秆纤维在复合过程中使复合材料整体更容易塑化,流动性较好。从复合材料的综合力学性能来看,经微波接枝KH550改性组秸秆纤维的填充量高达60份时,其力学性能保持率仍在90%以上,说明微波接枝KH550对秸秆纤维与HDPE界面相容性的改性效果最好,而另外几种改性剂(钛酸酯、CPVC/KH550、CPE/KH550和TAIC/CPE等)改性后的秸秆纤维填充量在60份时,其力学性能保持率也均在80%以上,说明界面改性效果也很明显。在确定了偶联剂和界面改性剂最佳用量的基础上,且发现两种硅烷偶联剂与界面改性剂并用可以产生协同效应,进一步提高复合材料的界面相容性,有可能进一步提高植物纤维的填充量。从以上结果可以看出,通过微波改性及界面偶联复合处理,能有效改善秸秆纤维表面的性质,极大增强与非极性烯烃的界面复合,使复合材料在较高填充量下仍能体现良好的综合性能。因此,通过本研究制备得到的秸秆纤维复合材料综合了植物纤维与塑料的性能特点,因而具有广泛的用途,同时本研究中所使用的微波接枝偶联剂技术的环保、高效等技术特点也将广泛应用于其他植物纤维改性。天然植物纤维复合材料的可回收和可降解等优良性能,将满足未来社会各领域,特别是在农业工程领域对复合材料性能的特殊要求,有利于保护环境,具有巨大市场潜力和发展前景。