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连续式蒸汽爆破对PBS/植物纤维复合材料力学性能的影响

作　者: 胡松喜
导　师: 瞿金平
学　校: 华南理工大学
专　业: 机械设计及理论
关键词: 连续式蒸汽爆破 PBS 棉秆皮纤维力学性能爆破因素分析
分类号: TB332
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要

具有生物质材料和合成高聚物双重优点的生物质复合材料有着诱人的发展前景。国际上对其研究起于20世纪60年代,在80年代得到高速发展。而如今环境保护和可持续发展对复合材料的性质提出了新的要求,特别是对于复合材料的可降解性,这对于材料的回收再利用以及环境保护有着积极的意义。在聚合物基体方面,聚丁二酸丁二醇酯(PBS)于20世纪90年代进入材料研究领域,并迅速成为可广泛推广应用的通用型完全生物降解塑料的研究热点。在增强体方面,用廉价的再生长周期短的秸秆纤维代替木纤维也成为了一种趋势,但由于纤维本身具有较强的极性和亲水性,且木质素、半纤维素、果胶质等“胶粘性”物质的存在,严重影响了与疏水的非极性基体的界面相容,限制了该复合材料的应用。因此植物纤维在作为增强体前需物理或化学的方法进行改性预处理。蒸汽爆破技术是一种植物纤维物理分离方法,具有高效、低成本、无污染、处理时间短、化学用品量少、能耗低等优点。蒸汽爆破对植物纤维的改性预处理,有利于植物纤维与基体的界面粘结问题的解决。本文通过使用连续式蒸汽爆破设备在不同棉秆皮含水量的爆破条件下制备纤维增强体,通过外观形态分析、扫描电镜(SEM)、热重分析(TG)等手段,研究了预处理后棉秆皮纤维外观形态、结构等的变化,得出棉秆皮纤维含水量对纤维爆破预处理的影响规律。然后制备纯PBS、PBS/改性后植物纤维复合材料标准样条。通过对复合材料进行拉伸性能测试、弯曲性能测试、冲击性能测试、电镜扫描分析,得出棉秆皮纤维含水量和纤维含量对复合材料性能的影响规律。最后对蒸汽爆破因素进行理论分析。实验结果显示:一、随着棉秆皮纤维含量的增加,PBS/棉皮纤维复合材料的拉伸强度先减小再增大,然后又减小;拉伸模量随着棉秆皮纤维含量的增加而近似直线上升;断裂伸长率随着棉秆皮纤维的加入而急剧下降;弯曲强度和弯曲模量大致都随着棉秆皮纤维含量的增加而呈现上升趋势;冲击强度和冲击能量大致趋势都是随着棉秆皮纤维含量的增加而逐渐下降。二、实现PBS/棉秆皮纤维复合材料力学性能最佳的纤维含水量为40%,在纤维含量为40%,此时复合材料性能的拉伸强度达到19.2MPa;弯曲强度为22.9MPa,比纯PBS提高了126%;在纤维含量为50%时,弯曲模量达到了1211MPa,比纯PBS增加了230%。

全文目录

摘要  5-6
ABSTRACT  6-11
第一章绪论  11-23
  1.1 研究背景  11-15
    1.1.1 国内外可降解复合材料的研究进展  11-12
    1.1.2 生物降解材料PBS 概述  12-14
    1.1.3 秸秆纤维改性机理及方法概述  14-15
  1.2 植物纤维增强聚合物理论  15-16
  1.3 复合材料界面理论  16-17
    1.3.1 界面的形成  16
    1.3.2 界面作用机理  16-17
  1.4 天然植物纤维改性及预处理现状  17-21
    1.4.1 化学方法  17-18
    1.4.2 物理方法  18-19
    1.4.3 蒸汽爆破法  19-21
  1.5 课题的提出  21-23
    1.5.1 研究的目的及意义  21-22
    1.5.2 研究的主要内容  22-23
第二章连续式蒸汽爆破设备工作原理分析  23-32
  2.1 连续式蒸汽爆破设备工作原理  23-24
  2.2 物料的挤压运动分析  24-27
  2.3 物料轴向移动的速度  27-29
  2.4 物料轴向位移的条件  29-31
  2.5 本章小结  31-32
第三章实验研究  32-43
  3.1 实验的目的和实验的内容  32-33
    3.1.1 实验的目的  32
    3.1.2 实验内容  32-33
  3.2 实验设备及仪器  33-37
    3.2.1 连续式蒸汽爆破设备  33-34
    3.2.2 其他实验设备及仪器  34-37
  3.3 实验原材料  37
  3.4 实验步骤  37-38
  3.5 样条制备实验步骤  38-39
  3.6 改性植物纤维的测试  39-40
    3.6.1 外观形态分析  39
    3.6.2 扫描电镜观察  39
    3.6.3 热重分析  39-40
  3.7 PBS/植物纤维复合材料性能测试  40-42
    3.7.1 力学性能测试  40-42
    3.7.2 扫描电子显微镜分析  42
  3.8 本章小结  42-43
第四章结果分析与讨论  43-66
  4.1 蒸汽爆破对改性植物纤维的影响  43-48
    4.1.1 蒸汽爆破中含水量对植物纤维外观形态的影响  43-44
    4.1.2 扫描电镜观察  44-47
    4.1.3 热重分析  47-48
  4.2 蒸汽爆破对PBS/植物纤维复合材料性能的影响  48-58
    4.2.1 PBS/蒸汽爆破改性植物纤维复合材料力学性能测试  48-55
    4.2.2 扫描电子显微镜分析  55-58
  4.3 连续式蒸汽爆破影响因素分析  58-65
    4.3.1 连续式蒸汽爆破压力  59-62
    4.3.2 连续式蒸汽爆破保压时间  62-63
    4.3.3 植物纤维原料的种类和粒度  63
    4.3.4 植物纤维含水量  63-65
  4.4 本章小结  65-66
结论与不足  66-67
  结论  66
  不足  66-67
参考文献  67-71
攻读硕士学位期间取得的研究成果  71-72
致谢  72

连续式蒸汽爆破对PBS/植物纤维复合材料力学性能的影响

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