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温度对聚烯烃木塑复合材料力学与蠕变性能的影响

作　者: 杨伟军
导　师: 王清文
学　校: 东北林业大学
专　业: 生物材料工程
关键词: 木塑复合材料 温度依赖性 力学性能 蠕变行为 结晶性能 动态力学
分类号: TB332
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
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内容摘要


本文研究了PP基、HDPE基、PP/HDPE基以及HDPE/PP基四种木塑复合材料的尺寸稳定性、力学性能以及蠕变-回复行为的温度依赖性。在80℃下,PP基和HDPE基两种木塑复合材料的尺寸自发变化,HDPE基木塑复合材料的尺寸变化速率要明显高于PP基木塑复合材料,HDPE基木塑在大约12h后达到峰值(0.18%),而PP基木塑大约在24h后达到峰值(0.12%),随着处理时间的延长,两种木塑试样同时出现了迅速收缩的现象,最后达到平衡,平衡之后的尺寸变化比峰值分别降低了40%和35%左右。当把试样置于常温处理时,试样进一步收缩,对比刚放入时发生了进一步的收缩了静态力学实验分析结果表明四种木塑复合材料的弯曲强度、拉仲强度、弹性模量及冲击强度随着温度的升高(-10、20、50、80℃)呈线性降低。-10℃时,材料的力学性能最佳,80℃时最差。与-10℃相比,80℃时PP基、HDPE基、PP/HDPE基以及HDPE/PP基木塑复合材料的弯曲强度、拉仲强度、弹性模量及冲击强度分别降低了(13.7%,23.2%,43.5%,9.2%),(10.5%,23.6%,44.6%,10.8%),(17.8%,22.6%,33.2%,8%),(14.1%,27.1%,38.2%,8.5%)。同时,弹性模量对温度最为敏感,其次是拉伸强度、弯曲强度及弹性模量。动态力学测试结果表明材料的模量E’随温度升高而降低,损耗模量E"随温度的升高而增大,该结果可以解释上述力学性能随温度变化的原因。广角X射线衍射(WAXD)方法用来分析四种木塑复合材料在处理后48小时的结晶性能,结果表明,处理后的PP和HDPE结晶类型没有发生变化,微晶的存在是保留木塑复合材料机械性能重要因素,但不是决定性因素。木塑复合材料的蠕变性能与时间、温度以及外部载荷息息相关,在选定的四个温度(-10、20、50、80℃)中,材料发生次级转变。四种聚烯烃基木塑复合材料的短期蠕变行为通过时温等效原理(TTSP)可以预测材料的长期蠕变行为,推测HDPE基和HDPE/PP基木塑复合材料时间分别为2.1年和4.1年。通过移动因子α t以及参考温度Tref的的引入可以得到它们的平滑蠕变柔量主曲线和相应的WLF方程。同时,Prony级数模型可以很好的拟合四种木塑复合材料的蠕变主曲线。

全文目录


摘要  4-5
Abstract  5-9
1 绪论  9-19
  1.1 引言  9-13
    1.1.1 国外木塑复合材料行业状况  10-11
    1.1.2 中国木塑复合材料行业状况  11-12
    1.1.3 木塑复合材料的原料  12
    1.1.4 木塑复合材料的添加剂  12
    1.1.5 木塑复合材料加工工艺  12-13
  1.2 本课题国内外研究状况、研究的目的以及研究意义  13-15
    1.2.1 本课题国内外研究状况  13-14
    1.2.2 研究目的  14
    1.2.3 研究意义  14-15
  1.3 本课题的研究方法与创新  15-19
    1.3.1 理论基础  15-17
    1.3.2 螺变模型  17-18
    1.3.3 研究创新  18-19
2 聚烯烃基木塑复合材料的制备  19-23
  2.1 实验原料  19-20
  2.2 实验仪器及设备  20
  2.3 实验配方  20-21
  2.4 材料的制备  21-23
    2.4.1 聚烯烃共混塑料的制备  21
    2.4.2 聚烯烃基木塑复合材料的制备  21-23
3 温度-平衡处理对木塑复合材料尺寸稳定性的影响  23-27
  3.1 实验材料与方法  23-24
    3.1.1 实验材料  23
    3.1.2 实验方法  23-24
  3.2 结果与分析  24-26
    3.2.1 80℃下两种木塑复合材料的尺寸变化  24-25
    3.2.2 80℃下两种木塑复合材料的质量变化  25-26
  3.3 本章小结  26-27
4 温度-平衡处理对聚烯烃基木塑复合材料力学性能影响  27-34
  4.1 实验材料与方法  27
    4.1.1 实验材料  27
    4.1.2 实验方法  27
  4.2 结果与分析  27-33
    4.2.1 温度-平衡处理对PP基木塑复合材料力学性能的影响  27-29
    4.2.2 温度-平衡处理对HDPE基木塑复合材料力学性能的影响  29-31
    4.2.3 温度-平衡处理对PP/HDPE共混塑料木塑复合材料力学性能的影响  31-32
    4.2.4 温度-平衡处理对HDPE/PP共混塑料木塑复合材料力学性能的影响  32-33
  4.3 本章小结  33-34
5 聚烯烃基木塑复合材料的动态力学分析  34-38
  5.1 实验材料与方法  34
    5.1.1 实验材料  34
    5.1.2 实验方法  34
  5.2 结果与分析  34-37
  5.3 本章小结  37-38
6 聚烯烃基木塑复合材料温度-平衡处理后结晶性能变化  38-43
  6.1 实验材料与方法  38-39
    6.1.1 实验材料  38
    6.1.2 实验方法  38-39
  6.2 结果与讨论  39-42
  6.3 本章小结  42-43
7 温度-平衡处理对聚烯烃基木塑复合材料蠕变性能影响  43-49
  7.1 实验材料与方法  43-44
    7.1.1 实验材料  43
    7.1.2 实验方法  43-44
  7.2 结果与讨论  44-48
  7.3 本章小结  48-49
结论  49-50
参考文献  50-54
附录  54-55
攻读学位期间发表的学术论文  55-56
致谢  56-57

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中图分类: > 工业技术 > 一般工业技术 > 工程材料学 > 复合材料 > 非金属复合材料
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