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亚麻极短纤维复合材料成型工艺与造型研究

作　者: 宗明明
导　师: 王逢瑚
学　校: 东北林业大学
专　业: 木材科学与技术
关键词: 亚麻极短纤维地质聚合物复合材料成型工艺艺术造型
分类号: TQ327
类　型: 博士论文
年　份: 2007年
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内容摘要

本论文通过对亚麻极短纤维复合材料制备原理、工艺与艺术表现的研究，探索了亚麻极短纤维复合材料在造型艺术领域中的应用。在艺术创作过程中，艺术造型材料是审美信息的转化和传递的载体。本文从现代生活方式的需要出发，将亚麻极短纤维与聚合物复合的材料作为承载主体，挖掘其潜质，运用重组、重构等宏观方法，从材质特性、成型工艺、结构造型、染色、后处理等几个方面，利用现有技术条件，采用传统工艺和现代科学方法，改变材料外观特征，进行了亚麻极短纤维复合材料的造型设计、色彩设计和肌理研究。建立了偏高岭土的分子结构单元模型，以及地质聚合物的活性聚合模型。研究了亚麻极短纤维复合材料抗压强度的影响因素。运用现代测试手段，对亚麻极短纤维复合材料的反应过程、反应产物的种类、以及地质聚合物反应产物结构演变过程进行分析，以建立亚麻极短纤维复合材料的艺术表现理论。本文对煅烧高岭土脱水过程进行了试验研究，利用DTA、XRD分析测试了相关数据，对偏高岭土的活性进行了分析；试验确定的偏高岭土具有高活性的适宜温度为650℃，保温时间为30min。制备了亚麻极短纤维地质聚合物复合材料。以制得材料的抗压强度位指标，确定了制备地质聚合物的激发剂种类，实验证明使用复合激发剂效果最好。用于激发偏高岭土的碱液的浓度为8mol／L，水玻璃与碱液的比例为8∶3。讨论了制备亚麻极短纤维地质聚合物复合材料的影响因素：确定了激发剂与偏高岭土的最佳比例为1∶1，偏高岭土的最少加入量为10％，偏高岭土占质量12.5％时抗压强度最好，亚麻极短纤维的含量在15％时制备的样品抗压强度好，最佳固液比为2∶2。采用手糊成型法制作了FRP模具，采用石膏浇铸法制作了艺术造型用成型模具，采用注浆成型法进行了亚麻极短纤维树脂基造型材料和亚麻极短纤维地质聚合物基造型材料成型试验，制做的艺术造型样品完全满足造型艺术表现力的要求。亚麻极短纤维地质聚合物复合材料具有良好的视觉质感，在材料的色彩配置、肌理配置、光泽配置方面，都可能产生强烈的材质美感。它可以改变艺术品的形态，丰富艺术品的外观效果，创造统一和谐的艺术效果。提高艺术品整体设计的装饰性，从而创造出艺术品设计的多样性。通过不同的成型工艺与着色工艺，可以形成丰富的天然色彩和人工色彩，在透明树脂基体材料中，色彩是通过亚麻极短纤维良好的染色能力来实现，复合后形成剔透斑斓的色彩效果。利用酸性染料，以NaCl为促染剂，在100℃水浴中，染色30分钟，亚麻极短纤维染色效果在饱和值并不很高的情况下能得到理想的色泽。亚麻极短纤维地质聚合物复合材料的本色是白色。在白色地质聚合物生料中加入适量金属氧化物，可直接烧成彩色地质聚合物原料。与同类水硬性造型材料相比，地质聚合物复合材料具有着色丰富、质感多变等特点，通过调整亚麻极短纤维含量并与不同烧制工艺配合，可改变其色彩和质量感，得到的产品色彩更加丰富，质量更轻。亚麻极短纤维复合材料通过不同的复合工艺，可以形成丰富的肌理。亚麻极短纤维与树脂基体复合后，若亚麻极短纤维比例较小，可以形成透光材料；加大其比例，则可以形成漫反光材料或者介于两者间的半反光材料。与地质聚合物基体复合后，则形成漫反光材料。通过两种以上不同材质构成复合造型方法，实现了相关作品的丰富表现力。亚麻极短纤维复合材料的研究尚属起步阶段。对亚麻极短纤维复合材料的配比、制备工艺、形成机理、应用开发等方面进行深入系统研究，不但具有较高的学术价值，同时，对于节省资源和环境保护方面都有十分重要的现实意义。在循环经济时代和建设节约性社会的今天，对亚麻极短纤维复合材料的研究和应用，是促进资源有效利用的一项重要课题，拥有巨大的市场潜力。必将对艺术造型领域产生深远和有益的影响。

全文目录

摘要  6-8
Abstract  8-11
1 绪论  11-22
  1.1 研究背景和意义  11-13
    1.1.1 研究的背景  11
    1.1.2 资源和应用现状  11-13
    1.1.3 研究的意义  13
  1.2 文献综述  13-21
    1.2.1 复合材料概述  13-14
    1.2.2 天然纤维复合材料  14-17
    1.2.3 麻极短纤维复合材料  17-21
  1.3 存在的主要问题  21
  1.4 课题来源与主要内容  21-22
2 实验材料  22-39
  2.1 试验原料  22
  2.2 分析试剂  22
  2.3 试验原料成分的分析  22-24
  2.4 亚麻极短纤维  24-26
  2.5 聚合物基体  26-30
    2.5.1 聚合物定义与命名  26
    2.5.2 聚合物的合成与特征  26-28
    2.5.3 聚合物结构  28-29
    2.5.4 聚合物的生产  29-30
    2.5.5 聚合物的性能  30
  2.6 树脂基体  30-35
    2.6.1 主要树脂基体不饱和聚酯树脂的物理和化学性质  30-31
    2.6.2 不饱和聚酯树脂类型  31-32
    2.6.3 用于天然纤维复合材料中的主要基体树脂  32-33
    2.6.4 亚麻极短纤维增强复合材料原材料树脂  33-35
  2.7 地质聚合物基体材料  35-39
    2.7.1 地质聚合物的概念  35-37
    2.7.2 地质聚合物主要原料高岭土的资源概况  37
    2.7.3 高岭土资源在造型材料领域中的应用  37-39
3 亚麻极短纤维复合材料的制备与性能特点  39-69
  3.1 天然纤维的复合方法与增强体的制备  39-40
    3.1.1 天然纤维复合的方法  39
    3.1.2 天然纤维增强体的制备  39-40
  3.2 树脂基亚麻极短纤维复合材料的制备和基本性能  40-44
    3.2.1 聚酯复合材料的制备  40-41
    3.2.2 复合材料理化性能和力学性能  41-44
  3.3 地质聚合物的形成原理与理化性能  44-47
    3.3.1 形成原理  44-45
    3.3.2 地质聚合物的理化性能  45-47
  3.4 天然纤维地质聚合物的特性  47-50
    3.4.1 几种主要的地质聚合物造型艺术材料  48-49
    3.4.2 实验方法  49-50
  3.5 试验结果分析  50-59
    3.5.1 高岭土煅烧温度范围的确定  50-51
    3.5.2 高活性偏高岭土的煅烧温度的确定  51-52
    3.5.3 偏高岭土煅烧时间的确定  52
    3.5.4 升温速率在DTA试验中对偏高岭土峰位影响  52-53
    3.5.5 地质聚合物的激发试验  53
    3.5.6 亚麻极短纤维增强地质聚合物造型材料制备与性能研究  53-59
  3.6 麻极短纤维增强地质聚合物结构模型  59-67
    3.6.1 地质聚合物中的高岭土单元结构模型  59-60
    3.6.2 亚麻极短纤维增强地质聚合物中的偏高岭土活性分析  60-63
    3.6.3 亚麻极短纤维增强地质聚合物聚合模型  63-66
    3.6.4 亚麻极短纤维增强地质聚合物中激发剂的影响  66-67
  3.7 本章小结  67-69
4 亚麻极短纤维复合材料成型工艺  69-81
  4.1 材料与造型的关系  69
  4.2 麻极短纤维增强树脂复合材料成型工艺  69-77
    4.2.1 典型成型工艺概述  69-73
    4.2.2 基于RP原型的FRP模具手糊成型工艺  73-77
  4.3 亚麻极短纤维与地质聚合物复合的成型工艺  77-80
    4.3.1 可塑成型  78
    4.3.2 注浆成型  78-79
    4.3.3 坯体干燥  79-80
  4.4 本章小结  80-81
5 亚麻极短纤维复合材料艺术造型研究  81-102
  5.1 艺术造型设计原则  81-82
  5.2 亚麻极短纤维复合材料造型艺术设计  82-83
  5.3 亚麻极短纤维复合材料的造型艺术特色  83-85
    5.3.1 亚麻极短纤维复合材料的质感  83-84
    5.3.2 亚麻极短纤维复合材料的美感  84-85
  5.4 亚麻极短纤维复合材料的着色与肌理  85-93
    5.4.1 色与着色工艺  85-92
    5.4.2 亚麻极短纤维增强聚合物的肌理  92-93
  5.5 亚麻极短纤维复合材料艺术造型  93-101
    5.5.1 造型艺术概述  93-94
    5.5.2 亚麻极短纤维复合材料的基本造型方法  94-99
    5.5.3 其它表现手法  99-101
  5.6 本章小结  101-102
结论  102-104
参考文献  104-111
攻读学位期间发表的学术论文与著作  111-112
主持、参加的科研项目  112-113
致谢  113-114

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