复合工艺对轻质木塑复合材料性能的影响毕业论文.doc
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1、论文题目:复合工艺对轻质木塑复合材料性能的影响学 院: 材料工程学院 专业年级: 材料科学与工程20xx级 学 号: 姓名: 指导教师、职称: xxx教授 20xx年xx月xx日 Influence of compound technology on Properties of light weight Wood-Plastic Composites materials College: Material Engineering College Specialty and Grade: Materials Science and Engineering,20xx Number: Name: A
2、dvisor: professor xxx Submitted time: xxxx,20xx 福建农林大学本科毕业论文目 录摘 要1关键词1Abstract2Key words21 引言31.1国内外研究现状31.2 研究内容及意义42 试验原料与试验方法42.1 试验原料42.1.1 材料42.1.2 仪器42.2 试验方法52.2.1确定复合工艺因子因子:52.2.2试验方案设计62.2.3具体实验步骤63 结果与讨论103.1试验结果103.1.1复合工艺对内结合强度的影响分析103.1.2复合工艺的含水率的影响分析113.1.3复合工艺对吸水厚度膨胀率的影响分析123.1.4复合工艺
3、对静曲强度的影响分析134 结论1441 结论144.2 存在的问题与建议14参考文献16致谢17福建农林大学本科毕业论文摘 要:本文利用木纤维与聚苯乙烯制备复合材料,分析热压时间、热压温度、塑料配比等工艺因子对复合材料性能的影响,确定制得最佳材料性能的复合工艺条件。结果表明,当温度为140、热压时间为7min、塑木质量比为0.3时,所得复合板的各项性能最佳。温度较高时,木纤维降解加剧,塑料熔融,性能反而有所下降。热压时间过短时,木材发泡不充分,内结合强度较差;木塑比为10:3时效果最好,内结合强度低,吸水膨胀率高,塑料含量高时,静曲强度低。通过极差分析得,本研究的最佳工艺条件为:热压温度为1
4、40,热压时间为7分钟,木塑比为10:3。关键词:木纤维;可发性聚苯乙烯;复合工艺1Abstract: The influence of the process factors on the physical properties of wood-plastic composites was investigated. Polystyrene and Xylem fiber were used as the main raw material , and the various process factors such as different kinds of plastics , the
5、mixing ratio between the wood material and its plastic counter part and hot pressing temperature,were examined. The results show that When the temperature is 140 , hot pressing time was 7min, WPC mass ratio of 0.3, made the best performance of composite panels . At extremely high temperature the woo
6、d fiber material degrades drastically and plastic melting. The mixing ratio between wood and plastics has its best performance at ten to one wood-plastics ratio. Internal bond strength decrease and high water expansion when the woodplastic ratio is lower and properties of MOR are weakened when it be
7、comes higher. Based on both of the maximum difference analysis ,the test shows the optimum conditions for wood- plastics composites to be a hot-pressing temperature of 190 , a hot-pressing time of 7 min and a wood-plastic ratio of 10:3.Key words: Xylem fiber, Expandable Polystyrene , compound techno
8、logy1 引言 木塑复合材料是当前木材科学与技术研究中十分重要的研究方向。该材料以木材为基本体,以塑料为功能体,通过不同的复合途径形成木塑复合材料。由于它综合了木材与塑料两种材料的性能特点,因而具有非常广泛的应用前景。 木塑符合材料具有比单独的木质材料或塑料产品更优异的性质,是木材的理想替代品,它的出现可以减少废弃木材和塑料对城市环境的污染,也适应现代材料复合化的发展规律。如何利用合适材质的木材加工余物和合适的塑料作为基体来得到性能优良的轻质木塑复合材料成为这一领域研究的关键,而准确地确定各种影响复合性能的复合工艺因子则是关键中的关键。本文我们选定了木纤维和可发泡性的聚苯乙烯作为原料进行复合
9、,在复合过程中可能会影响复合材料性能的因子主要有复合添加剂(酚醛树脂胶)、复合温度、复合时间、原料配比,在试验中我们利用正交试验法确定达到最佳产品性能的复合工艺影响因子,通过对复合板力学性能、吸水能力等的测试结果进行直接分析、计算分析和综合分析来确定各影响因子的最佳值。1.1国内外研究现状 木塑复合材料是以木材为主要原料,经过适当的处理使其与各种塑料通过不同的复合途径生成的高性能、高附加值的绿色环保复合材料。木塑复合材料主要分为实木改性木塑复合材料和木质纤维与塑料复合材料。前者的研究始于上世纪60年代,当时采用的方法是使各种塑料单体通过常压或真空擒住的方式进入木材细胞强。然后用-射线引发聚合,
10、使塑料单体在木材细胞腔内聚合形成成高分子材料。后者则是在上世纪70年代发展起来的新型复合技术,最初是将木粉作为一种填料加入到苏来哦中用于改善制品的性能,降低塑料制品的价格。到了80年代,在拇指材料组员形态方面出木粉外,各种不同的组员形态如单板、大片刨花、细刨花、木纤维都以进入与塑料复合的范畴。在复合途径和技术方面,出了传统的塑料加工技术外,其他技术如无纺织、人造板加工等也都成为木塑复合材料复合的重要技术手段。为得到最佳的影响因子相关数据,国内外木塑复合行业对木塑复合材料的影响因子做了大量的研究工作。研究工作。其研究的主要方法是利用正交法进行分析研究得出各种影响因子的最佳值。国内在木塑复合工艺因
11、子方面的研究成果主要有王正等选用2 种人工林木材(马尾松与杨木) 和3 种废弃塑料(聚乙烯、聚丙烯及聚苯乙烯) 为原料,采用木材与塑料冷混- 热压工艺,通过正交试验研究不同树种、木材组元形态、补强剂、塑料种类、板材密度及不同木塑混合比等复合工艺因子对木塑复合材料性能的影响。郭文静等选用线性低密度聚乙烯(LLDPE) 、聚丙烯( PP) 、聚苯乙烯( PS) 为原料,以2 种比率与木纤维复合,用热压法制备了3 种木塑复合材料,分析了塑料种类对复合材料的物理力学性能的影响,结果表明LLDPE 与木纤维的复合性能最好,其复合材料的抗冲击性好,但弯曲强度和弹性模量最低; PS 与木纤维的复合性最差,其
12、复合材料抗冲击性很差,但弯曲强度和弯曲弹性模量高;木纤维与PP 复合材料的综合性能最佳。由此提出用LLDPE 与PS 共混改性制造木/ 塑复合材料的设想;毕克新等利用林木剩余物开发复合型木质纤维保温材料研究;国外在木塑复合方面的研究比较早。日本在木质纤维与聚苯乙烯泡沫复合、刨花与硬质发泡聚氨酯复合等方面的研究有较大进展; 美国林务局林产品研究所也使用铁杉纤维与聚氨酯、聚苯乙烯等泡沫塑料复合, 研制出一系列木质纤维复合保温材料, 用于建筑、化工和电厂等领域的保温。1.2 研究内容及意义本课题主要研究热压温度、热压时间、原料配比等复合工艺对轻质木塑复合材料的内结合强度、吸水厚度膨胀率、含水率、静曲
13、强度等性能的影响,以此来确定木塑复合材料最佳的复合工艺。在对各个影响因子做分析时,本实验采用正交设计法,通过计算所得实验数据的均值和极差分析出最佳的实验方案,并据此分析各个因素对各个性能的影响大小。通过本次实验,研究出最佳的复合工艺,根据各个因子对性能影响的大小,有选择性、有针对性地改善复合工艺,从而获得性能更加优异全面的产品,降低成本,提高生产效益。2 试验原料与试验方法2.1 试验原料2.1.1 材料 木材:木纤维,xx木业有限公司; 塑料:可发性聚苯乙烯,由xx化学工业股份有限公司提供; 添加剂:酚醛树脂胶,固含量为40%;2.1.2 仪器试验的仪器设备参见表2-1。表2-1 试验设备T
14、able 2- 1 The equipments used in the experiment仪器名称型号/量程生产厂家电热恒温鼓风干燥箱DHG-9623A型上海精密实验设备有限公司卧室和面机SM15广东南海涛力食品机械厂试验热压机QD100上海人造板机器厂空压机Z-D.12/8福建省泉州市力达机械有限公司2.2 试验方法2.2.1确定复合工艺因子因子:本实验的复合工艺因子主要有原料的配比、成型温度、热压压力、时间、胶黏剂等,着重选定成型温度、施胶量、时间和原料配比进行实验研究。热压温度 热压温度的选择主要是根据塑料的熔融温度与木质纤维的降解温度而定,一般来说所选的热压温度高于塑料的熔融温度,
15、低于材的降解温度。本实验选用(16030)。木纤维与聚苯乙烯的配比 木塑复合板的最终密度取决于两种原料的配比,本次实验选取的木纤维与聚苯乙烯塑料的质量比为10:1、10:2和10:3。其中实验用到的木纤维其含水率为6%。热压时间 依据压制板材厚度及达到板材目标密度传热速度,同时考虑塑料的流展,本实验选取的热压为5min、6min、7min。胶黏剂 其具体用量z设定为纤维质量x的12%,在本次实验中我们用到的胶是液态的酚醛树脂胶,其固含量为40%。此次实验我们要复合的是轻质的木塑复合板,要求其理论密度0.6g/cm,其长宽高分别为35cm、35cm、1cm。由此我们根据公式M(板)=x+y+z=
16、(1.035350.6)/(1+0.8%) 式(1)其中x为纤维的计算用量,y为可发性聚苯乙烯的质量,z为酚醛树脂胶的用量以上为计算用量,其实际质量:木纤维X=x(1+6%)液态胶Z=(x12%)/40%在确定了工艺因子之后,对每个工艺因子选取三个个水平(见表2.2)表2-2 轻质木塑复合板工艺因子水平Table2-2Variable factors and levels forlight weight Wood-Plastic Composites因子水平123热压时间5min6min7min热压温度140150160木纤维/聚苯乙烯10:110:210:32.2.2试验方案设计 在基本复合
17、条件选定之后,如何确定出轻质木塑复合材料最佳复合工艺,将根据这些因子对复合材料性能影响的显著性来检验确定。这里我们采用正交试验法。因子及水品的设计见下表2-3。 表2-3 轻质木塑复合材料的正交试验设计Table2-3The experiment design of the light weight plastic-wood fiber composites试验号热压温度/(A)塑料纤维(B)热压时间 /minmm-1(C)空白11(140)1(0.1)1(5.00)1212(0.2)2(6.00)2313(0.3)3(7.00)342(150)123522316231273(160)1328
18、321393321其他不变的因子如下:热压压力为1MPa,设计目标密度为0.6g/cm;板材厚度1cm,板材幅面35cm35cm。2.2.3实验步骤(1)分别称取定量的木纤维、可发性聚苯乙烯、酚醛树脂胶,将木纤维放入搅拌机中进行搅拌,同时用喷枪往搅拌机中进行雾化喷胶施胶混匀,确保施胶的均匀。混匀后将喷完胶的木纤维放入模具中分均匀地添加可发性聚苯乙烯颗粒,压实,放入热压机进行加压处理,一段时间后取出冷却,加载固定。如此重复9次,得到9块复合板,按序1-9编号备用。被测试板材在室温条件下停放24h裁制性能测试试件。(2)将复合得到的1-9板进行切割,将每块板切割成8个幅面为50mm50mm方形小块
19、和三个长方形小块等,同时进行编号如1-1、1-2、1-3,以此类推,分装备用。(3)含水率测定其原理是确定时间在干燥前后质量之差与干燥后质量之比。选取1-9号板中的地7、8号测试试件,用感量为0.01g的天平测定质量m0并记录。将称完质量的试件放入温度设定为105的恒温空气对流干燥箱中烘干(恒定灵敏度1),并开始计时。3h之后取出试件立即置于干燥器内,同时进行质量测定m1,测完在放入烘干。第4、5、6小时重复之前步骤,记录质量m2、m3、m4,如此至前后测定质量基本恒定(前后两次称量所得的含水率小于0.1%),所得的最后质量即视为干燥后的质量m。结果表示 试件的含水率按式(2)计算,精确至0.
20、1%。式中:H试件的含水率,%;M0-试件干燥前的质量,gM4-试件干燥后的质量,g。一张版的含水率是同一张板内全部试件含水率的算术平均值,精确至0.1%。(4)2h吸水厚度膨胀率测定 其原理是确定试件吸水后厚度的增加量与吸水钱厚度之比。 选取1-9号板的4、5、6号测试试件,用千分尺测量试件中心点厚度h1(见图2-1,测量点在试件对角线的交点处,或取对角线上靠近中心点的一个点测量,做上标记)并记录。图2-1 试件尺寸示意图Fig 2-1 Schematic diagram of specimen size将试件浸于pH值为7士1,温度为(20士2)的水槽中,试件垂直于水平面并保持水面高于试件
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