竹塑复合材料制造关键技术研究

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我国竹材产量居世界第一,但利用程度却很低,同时我国塑料制品废弃量巨大。以竹材碎料和废旧回收塑料为原料,开发可再生利用的竹塑复合产品,有利于缓解木材资源紧缺,改善生态环境。目前,国内外关于竹塑复合材料的研究报道还很少见。本论文借鉴木塑复合材料与人造板生产工艺的特点,以毛竹竹粉和回收高密度聚乙烯(HDPE)为原料,成功制备出3mm、5mm、9mm三种厚度的竹塑复合产品,研究竹塑配比、改性剂用量、热压温度和热压时间四因子对复合材料力学性能的影响,同时优化出最佳工艺参数。利用X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)和差示扫描量热仪(DSC)分别对KH550和MAPE预处理的竹粉、复合材料断面进行微观分析,考察改性剂对竹粉的作用效果和竹塑的界面结合机理,得出如下结论:(1)该法包括造粒和热压两个工艺过程,适用于生产高竹塑配比的竹塑复合材料,能有效提高竹资源的利用率,可替代部分木质产品和塑料制品。(2)竹塑配比是影响竹塑复合材料物理力学性能最重要的因素。经KH550改性后,3mm、5mm、9mm厚的竹塑复合板材的最优工艺参数分别为竹塑配比7:3、偶联剂用量4%、热压温度170℃、热压时间8min竹塑配比7:3、偶联剂用量6%、热压温度190℃、热压时间10min;塑配比7:3、偶联剂用量4%、热压温度190℃、热压时间12min。(3)KH550和MAPE预处理的9mm竹塑复合板材各项性能优良,均达到了GB/T11718-2009中承重型中密度纤维板的性能要求,改性剂用量是重要的影响因素。(4)热压工艺中热压温度是决定复合材料力学性能最主要的因素。经MAPE改性后,3mm、5mm、9mm厚的竹塑复合板材的最优工艺参数分别为竹塑配比7:3、相容剂用量6%、热压温度180℃、热压时间10min;竹塑配比7:3、相容剂用量6%、热压温度180℃、热压时间8min;竹塑配比7:3、相容剂用量6%、热压温度180℃、热压时间12min。(5)改性剂与无定形区的纤维素反应产生新的结晶区,可降低竹粉纤维的极性,提高竹粉与塑料两相的界面相容性和界面结合强度。
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