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麦秸秆—粉煤灰/PP发泡复合保温材料制备及性能研究

作　者: 付菁菁
导　师: 何春霞
学　校: 南京农业大学
专　业: 机械工程
关键词: 麦秸秆粉煤灰发泡复合材料成型工艺导热系数力学性能
分类号: TB332
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
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内容摘要

随着全球性能源危机的影响和生态环境的进一步恶化,节约能源已成为全世界普遍关注的重要举措,而保温材料在节约能源方面占有重要的地位,不论在房屋建筑还是工业设备等使用的保温材料,均能大幅度减少能源资源的消耗,提高能源的利用效率。由于全球越来越严重的资源短缺和环境恶化,研究“绿色”保温材料对保护环境、生态平衡尤为重要。“绿色”保温材料是利用自然界资源制备的无污染保温材料,其能提高资源利用率、保护环境,对可持续发展具有重要的意义,因此“绿色”保温材料已成为当前重要热点研究之一。本文以麦秸秆粉、粉煤灰和聚丙烯为主要原料,添加发泡剂及其加工助剂,采用热压成型方法制备麦秸秆-粉煤灰/PP发泡复合保温材料,测定材料的导热系数、表观密度、力学性能、吸水率,并分析观察材料的微观结构,探讨保温材料的成型工艺、原材料最优配比、麦秸秆粒径对材料性能影响以及材料微观结构的影响。主要结论如下：(1)麦秸秆-粉煤灰/PP发泡复合保温材料模压成型工艺研究表明：制备粉煤灰/PP发泡复合保温材料时,模压压力对复合材料的导热系数、表观密度影响较明显,随着模压压力的增大,复合材料的导热系数和表观密度均呈下降趋势,而模压时间对复合材料的各项性能影响较小,模压时间短时,材料虽具有较好的力学性能,但保温效果差,综合复合材料的主要性能及脱模和能耗问题,制备粉煤灰/PP发泡复合保温材料的成型参数为：180℃,11MPa,15min。制备麦秸秆/PP发泡复合保温材料时,模压压力对复合材料的性能和泡孔结构均影响较大,成型压力过大会影响复合材料发泡效果和泡孔结构,热压时间过长会影响麦秸秆纤维性能,综合复合材料的性能,制备麦秸秆/PP发泡复合保温材料的成型参数为：180℃,10MPa,10min。(2)麦秸秆-粉煤灰/PP发泡复合保温材料的配方研究表明：粉煤灰/PP发泡复合材料中粉煤灰含量为40%时,其导热系数小、吸水率和密度均较小,弯曲性能较好。麦秸秆/PP发泡复合材料中麦秸秆含量为50%时,其力学性能和泡孔结构较好。麦秸秆-粉煤灰/PP发泡复合保温材料中,当PP含量为40%,麦秸秆和粉煤灰的含量均为30%时,其性能较好;当PP含量为50%,麦秸秆和粉煤灰的含量分别为20%和30%时,其力学性能和保温性能均较好,密度较小；当PP含量为60%,麦秸秆和粉煤灰含量均为20%时,其保温性能和力学性能好,吸水率低;3种原材料(麦秸秆、粉煤灰和PP)制备的复合材料比两种原材料(麦秸秆与PP或粉煤灰与PP)制备的复合材料具有较低的导热系数,但吸水率较大。制备PP发泡复合材料时,发泡剂与其助剂的比例为1：0.5制备的复合材料综合性能较好,导热系数和密度较小,吸水率仅为其他添加量的50%甚至更低。粉煤灰含量、麦秸秆含量以及粉煤灰与麦秸秆的比例对复合材料的各项性能影响明显,随着粉煤灰含量的增加,复合材料的密度逐渐增大,力学性能略有提高,随着麦秸秆含量的增加,复合材料的吸水率逐渐增大;而发泡剂添加量对材料的力学性能影响较小,各含量下复合材料力学性能的数值相差在5%-25%。(3)麦秸秆粒径对保温材料性能影响的研究表明：麦秸秆粒径对复合材料的导热系数、表观密度、力学性能和吸水性能影响程度较低,80目的麦秸秆发泡复合材料的性能较好,但与40、60目两种粒径的复合材料性能相差较小,密度值均在0.95g/cm3左右,除了压缩强度随着麦秸秆粒径的变小而略有降低,其余的力学性能值相差在10%以内,80目麦秸秆复合材料微观结构中麦秸秆与基体相容性较差,60目麦秸秆复合材料中泡孔结构较差,且有分层现象,而粒径为40目麦秸秆复合材料各种性能和微观泡孔结构均较好。(4)以粉煤灰为主的复合材料吸水率均较低,以麦秸秆为主的材料吸水率较高,是以粉煤灰为主的复合材料的2-7倍;麦秸秆-粉煤灰/PP发泡复合材料的吸水率随着麦秸秆含量的增加而增大,且增幅较大,低含量(当麦秸秆含量为10%时)麦秸秆复合材料的吸水率在5%左右,而高含量(当麦秸秆含量高于40%时)麦秸秆复合材料的吸水率高达30%。

全文目录

目录  4-7
摘要  7-9
ABSTRACT  9-12
第一章绪论  12-24
  1.1 保温材料的研究意义  12-13
  1.2 保温材料概述  13-18
    1.2.1 保温材料的特点和分类  13-14
    1.2.2 保温材料的主要性能指标  14-16
    1.2.3 保温材料的性能分析  16-17
    1.2.4 保温材料的主要应用  17-18
  1.3 保温材料的研究进展  18-21
    1.3.1 国外研究进展  18-19
    1.3.2 国内研究进展  19-21
  1.4 本课题的主要研究内容和创新点  21-24
    1.4.1 本课题的研究内容  21
    1.4.2 本课题的创新点  21-24
第二章麦秸秆-粉煤灰/PP发泡复合保温材料的制备及性能测试方法  24-32
  2.1 实验材料及仪器设备  24-25
    2.1.1 实验材料  24
    2.1.2 实验设备  24-25
  2.2 麦秸秆-粉煤灰/PP发泡复合保温材料的制备  25-27
    2.2.1 实验原料的预处理  25-26
    2.2.2 麦秸秆-粉煤灰/PP发泡复合保温材料的制备工艺  26-27
  2.3 麦秸秆-粉煤灰/PP发泡复合保温材料性能测试方法  27-32
    2.3.1 导热系数  27-28
    2.3.2 表观密度测试分析  28
    2.3.3 力学性能  28-30
    2.3.4 吸水性测试  30
    2.3.5 微观结构  30-32
第三章模压成型工艺研究  32-44
  3.1 工艺参数  32-33
    3.1.1 模压压力  32
    3.1.2 模压温度  32-33
    3.1.3 模压时间  33
  3.2 实验方案设计  33-35
    3.2.1 模压压力实验设计  33-34
    3.2.2 模压温度实验设计  34
    3.2.3 模压时间实验设计  34-35
  3.3 模压工艺参数对材料性能的影响  35-43
    3.3.1 模压压力的影响分析  35-40
    3.3.2 模压时间的影响分析  40-43
  3.4 本章小结  43-44
第四章发泡复合材料的配方研究  44-66
  4.1 实验方案设计  44-46
    4.1.1 粉煤灰含量的实验设计  44
    4.1.2 麦秸秆含量的实验设计  44
    4.1.3 粉煤灰与麦秸秆比例的实验设计  44-45
    4.1.4 发泡剂添加量的实验设计  45-46
  4.2 保温材料各组分含量对材料性能的影响分析  46-64
    4.2.1 粉煤灰含量的影响分析  46-49
    4.2.2 麦秸秆含量的影响分析  49-51
    4.2.3 粉煤灰与麦秸秆比例的影响分析  51-59
    4.2.4 发泡剂添加量的影响分析  59-64
  4.3 本章小结  64-66
第五章麦秸秆粉粒径对发泡复合材料的性能影响  66-70
  5.1 实验方案设计  66
  5.2 麦秸秆粉粒径对保温材料的性能影响分析  66-69
    5.2.1 麦秸秆粒径对保温材料主要性能的影响  66-68
    5.2.2 不同麦秸秆粒径保温材料的微观结构  68-69
  5.3 本章小结  69-70
第六章结论与展望  70-74
  6.1 结论  70-71
  6.2 展望  71-74
参考文献  74-78
致谢  78

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