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淀粉/聚酯/纤维复合材料的制备及性能研究

作　者: 王金永
导　师: 赵有斌；林亚玲
学　校: 中国农业机械化科学研究院
专　业: 农产品加工及贮藏工程
关键词: 热塑性淀粉(TPS) 聚丁二酸丁二醇酯(PBS) 复合材料增塑剂力学性能
分类号: TB332
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
下　载: 53次
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内容摘要

塑料垃圾已经成为世界主要环境污染物之一。为解决“白色污染”问题,很多研究者尝试研制能够降解且性能优良的可降解塑料来代替传统的塑料。淀粉作为一种来源广泛、价格低廉的天然高分子,受到了众多研究者的关注。它具有可热塑性加工的可能,并且具有良好的降解性。本研究在天然淀粉中添加增塑剂和其他助剂,使用双螺杆挤出机进行挤压,制备了热塑性淀粉(TPS)。通过扫描电镜(SEM)、差示量热扫描仪(DSC)等现代检测手段,对天然淀粉制备TPS的塑化机理进行了分析。同时,对挤出加工温度、螺杆转速和增塑剂含量等影响因素进行研究分析。结果表明适当的加工温度、螺杆转速和增塑剂含量可以使淀粉塑化,且具有较好的热塑性。论文对比了不同种类的淀粉制备的TPS,分析了淀粉本身特性对TPS性能的影响,发现淀粉中的直链淀粉含量及其聚合度对淀粉塑化有明显的影响。为了增强热塑性淀粉的性能,论文中选用聚丁二酸丁二醇酯(PBS)与热塑性淀粉共混,研究了PBS对热塑性淀粉的强化作用,同时,还研究了在热塑性淀粉与PBS共混体系中加入亚麻纤维对材料性能的影响。试验结果表明,PBS可以明显增强热塑性淀粉的性能。亚麻纤维可增加共混物的拉伸强度和弯曲强度,但断裂伸长率随着亚麻纤维加入量的增加而减少。偶联剂可以改善纤维与共混物基体之间的相界面交互作用。本文使用硅烷偶联剂,研究了偶联剂添加量对复合材料力学性能的影响。论文中将PBS含量、纤维含量对复合材料吸水性进行分析。对比分析了加入偶联剂和未加偶联剂的复合材料的吸水性。在浸泡24h后,PBS含量30%的试样吸水率达10.3%,而PBS含量70%的试样吸水率仅为2.62%；纤维含量0.5%的试样吸水率为5.16%,纤维含量2%的试样吸水率为4.11%；添加了偶联剂的试样吸水率仅为0.941%。数据表明,PBS含量和纤维含量的增加可以减少复合材料的吸水性。使用偶联剂的复合材料类吸水性明显低于未使用偶联剂的复合材料。论文以PBS含量、纤维含量、偶联剂含量和注塑加工温度为影响因素,进行正交试验,尝试对复合材料制备的工艺进行优化。对于拉伸强度、弯曲强度和断裂伸长率不同指标分别得到不同的优化工艺参数,并分析了各个影响因素的影响显著程度。经过正交试验优化后,对于拉伸强度来说,最大值为29.85MPa；对于弯曲强度来说,最大值为42.34MPa；对于断裂伸长率来说,最大值为10.87%论文的研究结果为进一步研究热塑性淀粉材料,制备综合性能优良的可降解材料提供了理论和实践基础。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-8
图目录  8-9
表目录  9-10
略缩词表  10-11
第一章绪论  11-28
  1.1 可降解塑料的概述  11-16
    1.1.1 可降解塑料的发展及分类  11-12
    1.1.2 可降解塑料的应用状况  12-16
  1.2 淀粉在可降解塑料中的应用  16-19
    1.2.1 淀粉填充型塑料  16
    1.2.2 淀粉共混型塑料  16
    1.2.3 热塑性淀粉塑料  16-17
    1.2.4 聚乳酸  17-18
    1.2.5 聚羟基脂肪酸酯  18-19
  1.3 PBS可降解塑料的应用  19-20
  1.4 天然植物纤维强化型降解塑料  20-25
    1.4.1天然植物纤维简介  20-23
    1.4.2 天然植物纤维强化型降解塑料的研究现状  23-25
  1.5 研究目的与意义  25-26
  1.6 研究内容与技术路线  26-28
    1.6.1 研究内容  26-27
    1.6.2 技术路线  27-28
第二章 TPS的制备及性能分析  28-42
  2.1 引言  28
  2.2 材料与方法  28-32
    2.2.1 试验材料  28-29
    2.2.2 仪器与设备  29-30
    2.2.3 试验设计  30-32
    2.2.4 试验方法  32
  2.3 结果分析  32-41
    2.3.1 TPS的感观特性  32-34
    2.3.2 TPS的表面特征  34-40
    2.3.3 TPS的热分析  40-41
  2.4 本章小结  41-42
第三章 TPS/PBS/亚麻纤维复合材料的制备及性能研究  42-60
  3.1 引言  42
  3.2 材料与方法  42-49
    3.2.1 试验材料  42-43
    3.2.2 仪器与设备  43
    3.2.3 试验设计  43-47
    3.2.4 试验方法  47-49
  3.3 结果分析  49-59
    3.3.1 TPS/PBS共混材料的表面微观结构  49-50
    3.3.2 TPS/PBS共混材料的力学性能  50-56
    3.3.3 TPS/PBS共混材料的吸水性能  56-59
  3.4 本章小结  59-60
第四章 TPS/PBS/亚麻纤维复合材料制备工艺的优化  60-65
  4.1 引言  60
  4.2 材料与方法  60-61
    4.2.1 试验材料  60
    4.2.2 仪器与设备  60-61
    4.2.3 试验设计  61
    4.2.4 试验方法  61
  4.3 结果分析  61-63
  4.4 验证试验  63
  4.5 本章小结  63-65
第五章结论与建议  65-67
  5.1 结论  65-66
  5.2 建议  66-67
参考文献  67-72
致谢  72-73
个人简介  73

淀粉/聚酯/纤维复合材料的制备及性能研究

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