木粉、玉米秸秆改性聚烯烃基木塑复合3D打印材料研究

摘要

木塑复合材料是一种低成本、可降解的环境友好型材料，以注塑成型为主。3D打印是近年来发展迅速的快速成型工艺，但3D打印材料品种较少，成为了制约3D打印行业的瓶颈。急需发展适于3D打印的高附加值木塑复合材料。本文探究了改性木粉、玉米秸秆/聚烯烃木塑复合FDM材料的制备工艺及性能。
　　首先以聚丙烯（PP）和线型低密度聚乙烯（LLDPE）为基体，采用乙酰化改性木粉作为增强填料，与滑石粉、纳米SiO2等助剂球磨混匀，通过单螺杆挤出法制备乙酰化木粉/PP-LLDPE木塑复合线材。重点考察了基体配比、乙酰化改性木粉含量对木塑复合材料性能的影响。采用差热—热重同步分析仪、扫描电镜、维卡软化点测定仪、熔体流动速率仪、万能力学试验机等对所制材料的耐热性、流动性、力学性能和微观结构进行了表征测试。结果显示：m(PP)/m(LLDPE)=35:65为适宜基体配比。随着乙酰化木粉含量的增加，复合材料的拉伸强度、弯曲强度、弯曲模量均呈先增大后减小的趋势。乙酰化木粉添加量为基体质量30wt％的复合材料力学性能最优，其拉伸强度、弯曲强度和弹性模量分别达到24.5MPa、23.3MPa和1023.3MPa。同时木粉的添加，提高了复合材料的热变形温度，当乙酰化木粉添加量为基体的20wt%-30wt%时，木塑复合材料的热变形温度较高。3D打印测试结果表明，所制乙酰化木粉/聚烯烃木塑FDM线材吐丝顺畅，打印效果较好。
　　其次，以聚丙烯(PP)和线型低密度聚乙烯(LLDPE)作为基体，改性玉米秸秆作为增强填料，云母粉、聚乙烯蜡作为助剂，制备了改性玉米秸秆/PP-LLDPE木塑复合线材。重点考察了改性玉米秸秆粉含量、云母粉含量和聚乙烯蜡含量对复合材料性能的影响，并对所制WPC材料进行了相关表征测试。结果显示：30wt%改性玉米秸秆粉、15wt%云母粉制备的复合材料综合力学性能最好，拉伸强度、弯曲强度、弯曲模量和冲击强度分别为18.9MPa、27.1MPa、1197.8MPa和10.2KJ/m2；随着玉米秸秆粉含量的增加，复合材料的热变形温度逐渐升高；流动性表明，添加3wt%聚乙烯蜡，复合材料的熔融指数最好，但随着玉米秸秆粉含量的增加，复合材料的流动性逐渐变差；3D打印测试结果表明，改性玉米秸秆为10wt%-30wt%的木塑复合线材打印中出丝顺畅、无断丝现象，均可满足3D打印的力学性能和流动性要求。

目录

声明

第1章 绪 论

1.1 前言

1.2 3D打印技术的概况

1.3 熔融沉积成型工艺及打印材料

1.4 木塑复合材料现状与进展

1.5 选题的意义及内容

第2章 实验部分

2.1 实验原料与仪器

2.2 复合材料的制备流程

2.3 3D打印材料的性能测试及表征

第3章 乙酰化木粉-聚烯烃型木塑复合FDM材料的制备及性能研究

3.1 试样的制备方法与过程

3.2 基体挤出测试、3D打印测试与线材拉伸强度

3.3 红外(FT-IR)测试

3.4 滑石粉的改性分析

3.5 原木粉、乙酰化木粉/PP-LLDPE木塑复合材料的热性能分析

3.6 复合材料的流动性分析

3.7 复合材料的疏水性分析

3.8 复合材料的力学性能分析

3.9 复合材料的微观形貌

3.10 挤丝、打印测试及样品展示

3.11 本章小结

第4章 改性玉米秸秆-聚烯烃型木塑复合FDM材料的制备及性能研究

4.1 试样的制备方法与过程

4.2 玉米秸秆粉改性前后的FT-IR光谱分析

4.3 复合材料的流动性分析

4.4 复合材料的力学性能分析

4.5 不同含量的改性玉米秸秆粉对复合材料热性能的影响

4.6 复合材料的微观形貌

4.7 复合材料挤丝测试和3D打印测试

4.8 本章小结

结论

展望

参考文献

附录A 攻读学位期间发表的论文

致谢