HDPE/竹粉复合发泡材料的成型机理及性能的研究

摘要

本研究工作中以高密度聚乙烯（HDPE）为聚合物基材，竹粉为填料，偶氮二甲酰胺（AC）与氧化锌（ZnO）复配物为发泡剂，采用两步模压发泡法制备HDPE/竹粉复合发泡材料。其中以气泡长大过程的细胞模型为基础，结合高分子材料流变学三大基本方程，即本构方程、动量方程、质量方程以及气体扩散方程，建立气泡长大过程的数学模型，分析了HDPE/竹粉复合发泡材料中其气泡长大过程及其成型的机理，研究了不同比例的竹粉、AC/ZnO复配发泡剂、铝钛复合偶联剂和DCP交联剂对复合发泡材料的发泡性能、回弹性能、力学性能以及吸水性能的影响。　　通过对上述研究内容的分析和讨论，结论如下：　　1.本实验得出较为理想的加工工艺参数为，开炼机前后辊温度控制在140~145℃，平板硫化机进行模压发泡时上板温度设为175℃，中、下板温度设为170℃，压力设为13MPa，保压时间为10min。　　2.竹粉的添加量对复合材料的密度、回弹性、力学性能影响最大。当竹粉添加量为30wt％时，复合发泡材料的密度有最低值0.039g/cm3，含气率达到最大值96.3%，拉伸强度达到最大值24.8MPa，弯曲强度达到最大值为42.5MPa，材料的发泡效果较好；当竹粉添加量为50wt%时，未发泡复合材料的密度为1.132g/cm3，而发泡材料的密度仅为0.072g/cm3，相比未发泡复合材料约降低了93.7%左右，但此时发泡材料的含气率降至93.5%。　　3.从材料的微观结构图可知，AC/ZnO复合发泡剂的添加量对材料的密度与回弹性的影响较为突出，当发泡剂用量在15wt%时发泡片材表观密度达到最小值0.047g/cm3，回弹率达到最大值90.7%，复合发泡材料的拉伸性能和断裂伸长率均达到最小值，分别为10.9MPa和96%，弯曲强度和弯曲模量达到最低值，分别为11.4MPa和810.5MPa。　　4.铝钛复合偶联剂的加入对材料的吸水性能有较大影响，当偶联剂在使用量为2wt%时，未发泡材料的吸水率为0.78%，而发泡复合材料的吸水率为0.69%，其中发泡材料的拉伸强度达到最大值为22.3MPa，断裂伸长率为6.29%，弯曲强度达到最大值为45.2MPa， 密度达到最小值为0.059g/cm3，材料的回弹性达到最大值91.2%，有利于发泡过程的正常进行。　　5.交联剂的添加对发泡材料的力学性能、发泡性能的影响也较大，当交联剂DCP的添加量为0.4wt%时，未发泡材料的弯曲强度为31.9MPa，发泡材料的弯曲强度为29.3MPa，相比未发泡材料低约8.2%，未发泡材料的冲击强度为8.1KJ/m2，发泡材料的冲击强度为6.8KJ/m2，相比未发泡材料低约16%，材料的密度几乎保持为最小值0.056g/cm3。

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第一章 绪论

1.1 前言

1.2 竹塑复合材料

1.3 微孔发泡竹塑复合材料

1.4 竹塑发泡复合材料成型技术

1.5 竹塑发泡复合材料成型基本原理

1.6 本课题的研究意义及内容

第二章 理论研究

2.1 竹塑复合材料的界面结合理论的研究

2.2 气泡长大过程中的数值模拟方法的研究

2.3 气泡长大过程中的气泡长大机理

第三章 实验研究部分

3.1 实验原料及仪器

3.2正交试验设计与分析方法

3.3 试样的制备

3.4 测试与表征

第四章 实验结果与讨论

4.1 竹粉含量对复合材料性能的影响

4.2 AC/ZnO对复合发泡材料性能的影响

4.3 铝钛复合偶联剂对发泡复合材料性能的影响

4.4 交联剂DCP对发泡复合材料性能的影响

第五章 全文总结及展望

5.1 全文总结

5.2 展望

参考文献

攻读学位期间主要的研究成果

致谢