生物質(zhì)復合材料預處理機制研究及透氣鋼模具開發(fā).pdf

1、生物質(zhì)復合材料是熱壓成型工藝制備而成的綠色全降解包裝材料，其原料廣、成本低、工藝簡單、無污染等優(yōu)勢使其成為部分塑料材料的理想替代品。但是，生物質(zhì)復合材料預處理機制不清楚和成型模具存在缺陷等問題，導致材料制品合格率低，嚴重制約著材料制品的工業(yè)化生產(chǎn)。
　　針對上述問題，本文沿“原材料預處理機制——復合材料成型機理——制品成型模具”的主線，開展了以下三大方面的研究:
　　(1)針對淀粉塑化、纖維堿化預處理機制和材料成型機理不清楚

2、的問題，發(fā)現(xiàn)了復合材料中氫鍵斷裂和再生成微觀作用機理。
　　關于生物質(zhì)復合材料處理機制的研究，國內(nèi)外學者缺乏從原材料預處理機制到材料成型機理的系統(tǒng)研究。故本章在前人研究的基礎上，通過紅外光譜、X射線衍射(XRD)、差示量熱掃描(DSC)、熱重分析(TGA)、掃描電鏡(SEM)、力學性能試驗研究了甲酰胺-尿素復合塑化劑制備的熱塑性淀粉、氫氧化鈉溶液堿化處理的劍麻纖維、四種不同纖維制備的生物質(zhì)復合材料的微觀作用機理。通過氫鍵生成、斷裂

3、的作用規(guī)律，分析甲酰胺-尿素復合塑化劑對淀粉的最優(yōu)塑化比;探究淀粉塑化處理對原淀粉的晶體結構的改變，揭示淀粉塑化處理對淀粉的轉換溫度和熱加工性的作用規(guī)律;研究氫氧化鈉溶液堿化處理纖維的最佳濃度，以及堿化處理對劍麻纖維內(nèi)部結構形態(tài)，對纖維素內(nèi)的氫鍵結構的作用規(guī)律;分析生物質(zhì)復合材料中熱塑性淀粉鏈和纖維分子鏈之間微觀分子作用方式;并總結生物質(zhì)材料熱壓成型的工藝要求，為后續(xù)基于生物質(zhì)復合材料的透氣鋼模具開發(fā)打下基礎。
　　(2)針對透氣

4、鋼透氣性能和機械加工性能的研究缺乏的問題，建立了透氣鋼孔隙形成模型，并利用Ergun模型擬合出透氣鋼透氣系數(shù)。
　　關于透氣鋼的研究大多針對于透氣鋼的制備工藝，缺乏透氣鋼孔隙模型與透氣性能的系統(tǒng)研究。故本章主要對透氣鋼孔隙率、透氣系數(shù)等參量進行試驗研究，探究了透氣鋼內(nèi)存在的孔隙結構及內(nèi)部孔道形貌;分析影響透氣鋼孔隙率高低和孔徑大小的因素，并建立了孔隙形成模型;通過Ergun模型擬合出的透氣鋼透氣系數(shù)，研究分析透氣鋼的透氣性能，并計

5、算分析透氣鋼的排汽、散熱效率，為生物質(zhì)復合材料成型模具設計提供透氣鋼材料的性能數(shù)據(jù)支撐。
　　(3)針對現(xiàn)有生物質(zhì)復合材料成型模具缺陷，研發(fā)了新型透氣鋼鋁合金鑲嵌式模具。
　　結合上述研究成果，本章研究分析透氣鋼模具關鍵結構，設計了模具的二維圖、三維圖，完善了透氣鋼透氣性“腐蝕、拋光、清洗”的優(yōu)化方案，并對組合疊片式模具與透氣鋼模具進行應用性對比試驗，研究對比新舊模具制備的生物質(zhì)復合材料的力學性能。
　　本文首先針對生