復合材料生產工藝論文范文

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1性能測試

四點彎曲性能測試：按照標準ASTMD6109-2005進行測試；吸水率測試：按標準GB/T17657-1999中4.6進行測試；落錘沖擊性能測試：按標準ASTMD4495-00進行測試，落球重量4.5kg；加工流變性能：在HAAKE轉矩流變儀上進行測試，溫度170℃，轉子轉速30r/min，加料量40g；SEM分析測試：制小樣條，液氮冷凍萃斷，對樣條斷面進行噴金處理。

2結果與討論

試驗配方中，添加一定比例的木粉、塑料和相容劑，其中潤滑劑總添加比例為2.7%。分別采用一步法、兩步法、三步法工藝進行試驗，其中三步法工藝造粒前潤滑劑添加比例為1.35%，造粒后再添加1.35%，按照工業化的生產流程，擠出15×50mm(厚度×寬度)實心型材。

2.1不同生產工藝對加工性能的影響從表1可以看出，在相同的溫度參數、主機轉速條件下，一步法工藝主機轉矩和熔體壓力最大，兩步法工藝最小，三步法工藝次之；從型材外觀上看，兩步法工藝和三步法工藝生產出的型材表面光滑，一步法工藝型材表面有細小的橫線裂紋；從擠出線速比較，三步法工藝是一步法工藝的1.84倍，是兩步法工藝的1.31倍。在相同的主機轉速下，主機轉矩、熔體壓力和擠出線速主要體現物料的流變性能，將一步法工藝的高混料和兩步法、三步法工藝的造粒料通過扭矩流變儀進行流變性能的測試，從表2的流變特征參數可以看出，一步法工藝由于混合后的物料沒有經過造粒塑化的過程，在型材擠出過程中，需要較長的時間才能將物料塑化熔融，一步法工藝的平衡時間最長，需要3.28min，同時一步法工藝的平衡扭矩也為最大，說明熔融物料的表觀粘度很大，流動性差，型材擠出速度慢；兩步法工藝，平衡時間適中、平衡扭矩低，說明生產時經過造粒的過程后，物料較易塑化，物料流動性好[3]；三步法平衡時間最短，平衡扭矩適中，這說明了潤滑劑分兩步添加，造粒后添加的潤滑劑損失少，縮短了塑化的時間，起到真正的潤滑作用，成型時擠出速度快，而平衡扭矩比兩步法工藝略大，可能是因為造粒過程，潤滑劑對相容劑的副反應小，使得木粉和塑料基體的結合力增強，熔體壓力增加，這是加快擠出線速的同時提高型材物理機械性能的基礎。

2.2不同生產工藝對材料性能的影響從表3可以看出，彎曲性能上比較，彎曲強度兩步法比一步法高18.4%，三步法比兩步法高19.2%，剛性(彎曲模量)也有同樣變化趨勢。落錘沖擊高度方面，兩步法比一步法高100mm，三步法比兩步法高150mm。從以上數據比較可以看出，三步法性能最好，一步法性能最差，這是因為一步法工藝物料通過高速混合機攪拌后，物料中木粉間的結合水還沒能完全排出，物料水份較多，一般在2%以上，木粉和塑料的界面結合力差，高混后物料直接通過錐形擠出機擠出型材，物料與螺桿、機筒的剪切力較小，木粉沒能均勻分散在塑料基體中，再加上錐形擠出機低速轉動，容易出現木粉聚集成團的質量問題，這也是型材表面出現裂紋的原因，同時型材的物理機械性能差。相比兩步法工藝，物料混合后再通過平行雙螺桿擠出機造粒，在強的剪切力作用下，將木粉間的結合水大部分排出，破壞木質纖維間的分子間作用力，使木粉均勻分散于塑料中，同時木粉表面羥基(-OH)與MAPE的酯基(-COO-)發生反應，改善了木粉和塑料的界面結合力[4]。所以，當型材受到外力作用下，塑料基體能有效地、均勻地通過兩者界面把應力傳遞給木粉，界面結合力的提高，型材的彎曲強度和韌性也隨之提高。三步法工藝將復合潤滑劑分兩部分添加，混料時添加一定比例潤滑劑，造粒后再添加一定比例潤滑劑，復合潤滑劑中含有一定比例的硬脂酸類外潤滑劑，例如硬脂酸鋅，在混合過程中水分的存在使MAPE產生MAH，可與硬脂酸鋅發生反應，這種反應在熱力學上比MAPE與木質纖維的偶合更容易發生，也就使得木粉和塑料的界面結合力變差[5]。在混料時添加一部分潤滑劑以滿足造粒過程中剪切和分散的需要，防止塑料的降解和木粉的碳化，相比兩步法工藝，造粒時潤滑劑量少，剪切力也大，水分容易排除，也降低硬脂酸類外潤滑劑對MAPE的影響，這樣相對兩步法提高木粉和塑料的界面結合力，型材的性能明顯提高。造粒后再添加潤滑劑進行混合以保證型材擠出表面光滑度，提高擠出線速和型材性能穩定性。從圖2不同生產工藝的30天吸水率比較可以看出，隨著浸泡時間的增加，吸水率都逐漸增加，其中采用三步法工藝生產的型材吸水率最小，30天浸泡的吸水率為1.75%，采用一步法工藝生產的型材吸水率最大，30天浸泡的吸水率為3.60%，是三步法工藝型材吸水率的2.05倍。這是因為木塑復合材料的吸水性主要是由木粉引起的，通常界面結合力差、分散越不均勻的木塑復合材料吸水率越大[4]。木粉有較強的吸水性，易吸水后與水分子之間形成氫鍵，木粉和塑料是典型的海島結構，一步法工藝木粉的分散性和界面結合力差，木粉還沒被塑料完全包裹，水分子進入兩者的間隙易與木粉形成氫鍵，吸水率增加。三步法工藝提高了木粉的分散性和界面結合力，吸水率較小。

2.3不同工藝生產的木塑復合材料SEM分析通過SEM觀察型材斷面形貌，可以客觀反映木粉和塑料的界面結合。圖3是一步法工藝生產的型材斷面形貌，可以明顯看出，斷面分布很不均勻，說明木粉并沒能在塑料中很好的分散，且出現一些小空洞，可能是由于木粉沒被塑料很好包裹造成，說明木粉和塑料界面結合較差，受到應力作用時，從界面結合處開始發生斷裂；圖4是兩步法工藝生產的型材斷面形貌，可以看出兩相分布的均勻性有較大改善，出現較多的纖維拉絲現象和小孔洞，說明兩步法工藝能使木粉在塑料中分散均勻；圖5是三步法工藝的型材斷面形貌，可以明顯看出斷面很粗糙，且出現纖維拉絲現象和深孔洞，說明三步法工藝生產的型材，不僅兩相分散均勻，而且能提高兩相的界面結合力，受到應力作用發生斷裂時，木粉被抽出形成深的孔洞。

3結論

(1)不同的生產工藝會影響型材加工性能，其中三步法工藝塑化時間短，熔體壓力適中，擠出線速最快，型材表面光滑，優于一步法工藝和二步法工藝；(2)相比一步法和兩步法生產工藝，三步法生產工藝能有效提高木塑復合材料的彎曲性能和落錘沖擊強度，吸水率降低。

作者：陳燦成林卓輝單位：卓高泰(廣州)包裝有限公司