生物质纤维/废旧塑料发泡复合材料的成型及性能研究

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现在木塑复合材料存在韧性、塑性较差,密度较大等缺陷。针对研究其界面相容性、发泡和成型方法,制备生物质纤维/废旧塑料发泡复合材料,以提高木塑复合材料的力学性能,同时降低缺陷和成本。本课题充分利用废旧塑料,减少环境污染,大范围降低成本,以提高木塑复合材料的市场开发和普遍应用。首先,实验对改善生物质纤维和废旧塑料之间的界面相容性和韧性进行研究,通过对废旧基体进行改性、不同种类的木质纤维、偶联剂的种类与含量以及弹性体的种类与含量等大量实验研究,结果表明:(1)对废旧塑料进行改性处理,加入20%的新料HDPE后,可以改善木塑复合材料的界面相容性,提高综合力学性能。(2)在改善复合材料界面相容性方面,PP-g-MAH较好;在改善复合材料韧性方面,SBS较好。纳米CaCO3的含量对复合材料的冲击强度影响比较明显,加入6%的纳米CaCO3能极大地改善材料的韧性。(3)PP-g-MAH含量、秸秆粉含量、SBS含量对生物质纤维/废旧塑料复合材料的冲击、拉伸和弯曲强度有不同程度的作用。其中秸秆粉含量对复合材料冲击、拉伸和弯曲强度影响较大。(4)对生物质纤维/废旧塑料复合材料的综合力学性能进行比较,较佳的组合为:SBS含量10%、秸秆粉含量为30%、PP-g-MAH含量为4%。其次,实验对生物质纤维/废旧塑料发泡复合材料的密度、冲击、拉伸和弯曲强度进行研究,通过对AC发泡剂的含量、不同种类的木质纤维、偶联剂的种类与含量以及弹性体的种类与含量等大量实验研究,结果表明:(1)加入发泡剂后,与未发泡相对比,密度大幅度下降,韧性(冲击强度)提高。(2)在改善发泡木塑复合材料力学性能方面,偶联剂使用PP-g-MAH较好,且当PP-g-MAH含量为4%时,有较好的界面相容性;在改善发泡木塑复合材料的韧性时,增韧剂使用SBS较好,且当SBS含量为15%时,有较好的力学性能;当成核剂纳米CaCO3的含量为4%时,发泡木塑复合材料的综合力学性能较好。(3)AC发泡剂含量、秸秆粉含量、SBS含量对生物质纤维/废旧塑料发泡复合材料的冲击、拉伸和弯曲强度有不同程度的作用。其中,AC发泡剂含量对复合材料冲击和弯曲强度影响较大,秸秆粉含量对拉伸强度影响较大。(4)对生物质纤维/废旧塑料发泡复合材料的综合力学性能进行比较,较佳组合为:AC发泡剂含量为2%、秸秆粉含量为35%、SBS含量为15%。实验成功利用挤出成型方法制备了发泡木塑复合材料和生物质纤维/废旧塑料发泡复合材料,密度大幅度下降。通过研究新料的AC发泡剂的含量,新料和废旧塑料的弹性体不同种类和含量分别对密度的影响,经过单因素实验数据分析,结果表明:(1)加入发泡剂后,与未发泡相对比,密度大幅度下降。(2)SBS增韧剂的填加,更有利于发泡。(3)当SBS含量为5%时,复合材料的密度相对最小,发泡效果最好。最后,分析、总结试验中对复合材料发泡效果和力学性能影响的工艺因素,结果如下:收集的废旧塑料混合杂质太多。一般挤出之前要对植物纤维进行烘干,偶联剂进行预处理。挤出粒料过程中会出现粒料表面粗糙、粒料内部出现气孔等缺陷,主要是料筒温度、机头温度和螺杆转速的影响。注塑成型工艺过程中出现的制件性能问题、外观和工艺问题,与料筒温度、注射压力和模具温度密切相关。而挤出成型工艺过程中也会出现制件性能和外观问题,与料筒温度、塑料温度、螺杆温度,压力,挤出速率,人工切割制件等有关。
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