PET纤维增强HDPE木塑复合材料的成型工艺与性能

摘要

本文研究聚对苯二甲酸乙二酯(PET)短切纤维增强木粉/高密度聚乙烯(HDPE)复合材料的挤出成型制备工艺与产品性能。采用静态力学、吸水率测试和SEM等方法表征复合材料的结构与性能，考察PET纤维长度、用量、分布与形态对HDPE/木粉复合材料性能的影响，优选出PET纤维的适宜添加量和长度;分析PET纤维/木粉预混、PET纤维/HDPE共混等PET纤维的添加方法，PET纤维分散剂的使用，以及开炼、挤出等混炼方式对复合材料性能的影响，优化出适宜的PET纤维添加工艺。
　　采用羧甲基纤维素钠分散剂能够使纤维分散的更加均匀，从而使材料获得更好的力学性能，但吸水率升高。添加PET纤维可以提高HDPE/木粉复合材料的力学性能和耐水性。适宜添加量控制在9％以内。
　　采用开炼混炼工艺制备的短切PET纤维增强木塑复合材料(PWPC)，实验结果表明，添加长度为2mm的PET纤维时，几乎无法起到增强作用;随着纤维添加量和长度的增加，PWPCs的力学性能稍有提高;当纤维长度4mm、添加量为6％时，表现出较好的综合力学性能，同时耐水性能显著改善:31天常温吸水率下降26.4％，2h沸水吸水率下降23.4％。
　　采用双螺杆混炼工艺制备的PWPC冲击强度得到明显提高，最高可达到15.16KJ/m2，增大27.8％;随着纤维添加量和长度的增加，PWPCs的力学性能稍有提高，同时吸水率均呈明显的下降趋势，且纤维长度越长、添加量越多，吸水率越低。
　　不同制备工艺对木塑复合材料性能影响的对比结果表明，双螺杆预混合法制备的复合材料虽然吸水率略高，但综合力学性能较好，且制备工艺相对简单，且省时省力，可以实现连续生产。在实验中发现，使用开炼机及双螺杆混合时，材料的综合力学性能偏低，是由于多次混炼造成纤维的断裂及基体的降解。
　　综合分析实验数据发现，采用双螺杆预混合挤出成型工艺制备PET纤维增强HDPE木塑复合材料，可以达到对其力学性能尤其是冲击强度改善的目的，改善了一般木塑复合材料冲击强度较低的缺点;PET纤维最佳添加量6～9％，最佳长度为4～6mm。

目录

摘要

1 绪论

1．1 纤维复合材料概述

1．1．1 纤维在复合材料中的应用

1．1．2 纤维在木材中的应用

1．2 纤维增强木塑复合材料概述

1．2．1 木塑复合材料简介

1．2．2 木塑复合材料的增强机理

1．2．3 木塑复合材料的增强方法

1．2．4 影响纤维增强木塑复合材料的主要因素及改善方法

1．2．5 纤维增强木塑复合材料的制备工艺

1．2．6 存在的问题

1．3 PET纤维在复合材料中的应用

1．3．1 PET纤维简介

1．3．2 PET纤维在复合材料中的应用

1．4 研究色主要内容及创新点

2 主要原料、设备及测试方法

2．1 主要原料及设备

2．1．1 主要原料

2．1．2 主要实验仪器和设备

2．2 PET纤维增强木粉／HDPE复合材料的制备方法

2．2．1 原料的预处理

2．2．2 PET纤维增强木塑复合材料的制备方法

2．3 性能测试

2．3．1 力学性能测试

2．3．2 吸水性能测试

2．3．3 扫描电镜测试

2．3．4 动态力学性能测试

3 分散剂法制备PET纤维增强木粉／HDPE复合材料

3．1 实验配方

3．2 木塑复合材料的制备

3．2．1 PET纤维与木粉的预混合

3．2．2 制备工艺流程

3．3 PET纤维添加量对木塑复合材料力学性能的影响

3．3．1 弯曲性能

3．3．2 冲击强度

3．3．3 抗拉强度

3．4 PET纤维添加量对木塑复合材料耐水性的影响

3．5 DMA分析

3．6 复合材料的微观形貌及PET纤维的分布形态

3．7 小结

4 开炼法制备PET纤维增强HDPE木塑复合材料

4．1 实验配方

4．2 木塑复合材料的制备

4．3 PET纤维添加量对木塑复合材料力学性能的影响

4．3．1 弯曲性能

4．3．2 冲击强度

4．3．3 拉伸强度

4．4 PET纤维长度对木塑复合材料力学性能的影响

4．4．1 弯曲性能

4．4．2 冲击强度

4．4．3 拉伸强度

4．5 吸水率

4．6 复合材料的微观形貌及PET纤维的分布形态

4．7 本章小结

5 双螺杆法制备PET纤维增强HDPE木塑复合材料

5．1 实验配方

5．2 木塑复合材料的制备

5．3 PET纤维添加量对木塑复合材料力学性能的影响

5．3．1 弯曲性能

5．3．2 冲击强度

5．3．3 拉伸强度

5．4 PET纤维长度对木塑复合材料力学性能的影响

5．4．1 弯曲性能

5．4．2 冲击强度

5．4．3 拉伸强度

5．5 吸水率

5．6 复合材料的微观形貌及PET纤维的分布形态

5．7 本章小结

6 不同制备工艺对PET纤维增强木塑复合材料性能的影响

6．1 两种PET纤维与HDPE预混合方法的比较

6．1．1 制备工艺

6．1．2 原料配比

6．1．3 力学性能

6．1．4 吸水率

6．1．5 两种分散方法中PET纤维的相分散情况分析

6．2 三种PET纤维与木粉预混合方法的比较

6．2．1 制备工艺

6．2．2 原料配比

6．2．3 力学性能

6．2．4 吸水率

6．2．5 三种分散方法中PET纤维的相分散情况分析

6．3 小结

结论

参考文献

攻读学位期间发表的学术论文

致谢

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