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摘 要

本文研究了挤出温度和螺杆转速对聚丙烯基木塑复合材料的力学性能（拉伸性能、冲击性能和弯曲性能）的影响。随着螺杆转速增大，剪切速率也会增大，从而导致分子链间的交联点的缠结解开，粘度下降，有利于物料的均化，但是转速过高易导致木粉焦化影响材料的力学性能。分析结果表明，转速为150 r/min挤出的材料的力学性能比100 r/min和200 r/min转速下的材料优越。木粉是热敏性材料，温度越高，高分子链运动加快，在一定范围内能使力学性能增强，如果温度过高容易使木粉焦化，同时也会破坏木纤维与塑料基体之间的结合面，降低分子间的范德华力，因此会使材料的性能降低。在螺杆转速一定的情况下，随着温度升高，其力学性能有先上升后下降的趋势。实验结果表明，在150 r/min，200 ℃条件下，拉伸强度达到极大值40.55 MPa，在150 r/min，180 ℃时，弯曲强度，弯曲模量与缺口冲击强度分别达到了最大值61.01 MPa，3300.12 MPa，2.39 kJ/m².

关键词：聚丙烯 木塑复合材料 温度 螺杆转速

The influence of Extrusion temperature and screw speed on polypropylene wood plastic composite material’s mechanics performance

Abstract

The paper studies the influence of extrusion temperature and screw speed on mechanical properties(stretch property, bending property, impact property) of polypropylene wood plastic composite material. As the screw rotation speed increase, Shear reat will increase too, Leading to the junction between the molecular chain tangles untied, viscosity decrease, it is good for material homogenizing. The results show that the mechanical properties of the extruded material under 150r / min speed is far superiorthan which under 100r / min while the performance will dropunder 200r / min.Wood flour is Heat sensitive material, The higher the temperature, polymer chain to speed up the movement,so mechanical properities can be enhanced in a certain temperature range. Excess temperature will lead to wood flour coking , damage joint surface between wood fiber and plastic substrate and reduce van der Waals interaction force,further,it will reduce mechanical properity . Under the condition of the screw rotation speed must, as the temperature increases, the first rise after the fall of the mechanical properties of the trend.The result shows, In 150 r/min, 200 ℃ condition, the tensile strength reached the maximum 40.55 MPa, in 150 r/min, 180 ℃, the bending strength, bending modulus and notched impact strength reached the maximum value of 61.01 MPa, 3300.12 MPa, 2.39 kJ/m².

Key Words: polypropylene; wood plastic composites; temperature; screw speed

目录

摘要 I

ABSTRACT Ⅱ

第一章绪论 1

1.1引言 1

1.2木塑复合材料的研究现状 2

1.3研究内容和工艺路线 5

1.4本论文研究意义 6

第二章实验部分 7

2.1实验仪器与设备 7

2.2实验材料与方法 7

2.3木塑复合材料力学性能测试 9

第三章结果与讨论 12

3.1聚丙烯种类和木粉含量对复合材料力学性能影响 12

3.2挤出温度和螺杆转速对复合材料力学性能的影响 16

第四章结论 18

参考文献 19

致谢 21

第一章 绪论

1.1引言

随着经济发展与能源供求、生态环境之间的矛盾不断激化，人们正致力于寻求社会经济可持续发展与环境保护、资源开发的平衡点。这一矛盾在材料开发和利用领域尤其突出^[1]。天然的纤维材料质轻，资源丰富，且易生物降解，对环境的污染很小，因此近年来受到材料行业的青睐，而在所有的天然纤维中，木粉的资源最为丰富且价钱低廉，使用范围较为广泛。由于废弃的木材和植物纤维在从前都是焚烧处理，既浪费又造成环 境污染，木塑材料的发展则有效的解决了这类问题，回收再利用的木材和塑料在近年来已经成为塑料加工选材的重要来源之一。

在国外，尤其是美国、日本、德国，近5年对木塑复合材料进行了大量而深入的研究，从基础理论到应用技术都取得了较大的进展，已形成初具规模的工业化生产。加拿大、英国、瑞典、法国、荷兰、俄罗斯等国家也都竞相开发研制此类产品，对木塑复合材料的两个关键市场:汽车工业、建筑建材行业,就美国市场销售量估计超过5000万美元。木塑复合材料在美国拥有广泛的市场,尤其是在花园平台,非构造建设领域的应用,如外部门窗等。目前在世界上的木塑复合材料的需求日益增加，全球生产已超过150万吨, 其中北美地区产量最大约100万吨, 其次是日本近10万吨, 在欧洲地区居首的是德国,木塑复合材料年使用量超过7万吨, 在这些国家中, 主要应用领域是公共场所的基础设施建设。但在德国,木塑材料己经被应用在包括汽车内饰。椐Principia Partners LLc的报告, 木塑复合材料的需求在北美的需求量将以14%的速度增长, 西欧的需求量将以18%的速度增长。日本正负基于对环境问题的考虑, 目前所使用的树脂大多数以聚稀烃树脂为主要原料, 比如最常用的是木粉与树脂按照1:1的玻璃混合。

我国木塑复合材料方面的研究起步较晚，到20世纪80年代中期，福建林学院杨庆贤等^[1-2]才率先在国内进行WPC的研究。进入90年代以后，我国科研人员在木塑复合材料方面做出了大量研究，涉及各种树脂基体的复合材料、界面相容性和材料加工等方面。北京化工大学的朱晓群^[3]等研究了木粉/HDPE复合材料的力学性能与流动性能,考察了木粉含量、粒度、界面相容剂用量对复合材料力学性能、流动性的影响。浙江大学的方征平^[4]等研究了乙烯一丙烯酸共聚物(EAA)对线型低密度聚乙烯(LLDPE)/木粉复合材料力学性能影响，发现EAA对体系有良好的增容作用。苑会林^[4]等对木粉填充聚氯乙烯发泡体系进行了研究，实验结果表明用铝酸酷和丙烯酸丁酷处理木粉可以提高复合材料的力学性能，SEM观察显示在木粉和PVC之间形成了高强度的界面层。崔文瑾^[5]等从配方、挤出模具、工艺等几个方面研究了PVC/木塑复合材料的制备方法。秦特夫^[6]研究了木粉加入量对木塑复合材料性能的影响。国内目前也开始进行研究，这与木塑复合材料的优良性能是分不开的。与木材相比，木塑复合材料能够连续挤出，能够获得任意横截面；尺寸稳定性和精确性良好，几乎不产生废料；木塑复合材料可以采用与木材一样的方法进行加工， 因此其户外维修的费用非常低；为了更美观， 可以给木塑复合材料上漆，这一点比绝大部分塑料都要容易；另外木塑复合材料的户外耐久比软木要好，使用时间预期为25~30年。

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