稻秸秆/淀粉复合材料的制备及其性能研究

【摘要】：能源枯竭与环境恶化是当今世界所共同面对的严峻问题,石油资源、煤炭资源、森林资源、淡水资源等一些不可再生资源的锐减,严重威胁到人类的生存现状。通过开发、生产、使用新型复合材料,减少对环境的破坏,缓和对石油、森林资源的过度依赖,取代现有落后的材料是材料工程领域发展的必然趋势。这一方向目前已经得到全球范围内的广泛关注,淀粉秸秆复合材料的发展对我国环境友好型、资源节约型可持续发展的经济模式具有重要意义。本论文主要研究稻秸秆/淀粉复合材料的制备及其性能。实验中首先设计正交试验,通过对复合材料力学性能、导热性能、耐水性几方面,寻找在使用不同种类淀粉(玉米淀粉、木薯淀粉、豌豆淀粉)；混料不同含水率(6%±0.5%、7%±0.5%、8%±0.5%)和不同模压温度(130℃、145℃、165℃)下模压成型效果最佳搭配组合。实验中将制备四种不同密度的复合材料试样,密度分别为ρ1(1.41×103kg/m3)、ρ2(1.37×103kg/m3), ρ3(1.33×103kg/m3)、ρ4(1.30×103kg/m3);此外,从复合材料中稻秸秆与淀粉配比的角度研究,制备了填充稻秸秆粉90%、80%、70%、60%、40%、20%六种试样测试；最后从稻秸秆纤维尺寸方面,选择了100目(150μm)、80目(180μm)、60目(2501μm)、40目(380μm)四种不同纤维尺寸的稻秸秆粉作为填充料,研究不同纤维尺寸稻秸秆对复合材料的性能影响。综合以上方案,从力学性能、导热性能、耐水性能和微观结构几方面做比较分析,得出主要结论如下：(1)通过正交试验计划和极差分析方法,得出使用玉米淀粉,混料含水率6%±0.5%和模压温度150℃是模压成型中最佳组合方案。此时可以得到力学及理化性能较好的稻秸秆/淀粉复合材料。(2)通过比对不同密度复合材料力学性能及理化性能,可以得出密度为p1(1.41×103kg/m3)时稻秸秆/淀粉复合材料的拉伸强度为9.22Mpa、弯曲强度为28.05Mpa、冲击强度为4.3749KJ/m2,导热系数为0.07536W/(m·K),吸水率为81%,吸湿率为5.23%,接触角为59.49°均取得最佳值。因此复合材料制备时选择密度p1(1.41×103kg/m3)最佳。(3)经过对比90%、80%、70%、60%四种不同稻秸秆填充量的稻秸秆/淀粉复合材料力学及理化性能,得出选择稻秸秆填充量为90%时可以制备出综合性能较好的复合材料,其拉伸强度8.35Mpa,弯曲强度28.94Mpa,冲击强度4.1084KJ/m2,,导热系数为0.09949W/(m·K),吸水率272%,吸湿率6.86%,接触角61.61°。(4)通过比较填充不同纤维尺寸稻秸杆粉末的复合材料力学性能及理化性,可以得出选择填充秸秆纤维尺寸为180μm(80目)时可以得到综合性能较好的复合材料。其拉伸强度为7.47Mpa,弯曲强度为23.87Mpa、冲击强度为3.7709KJ/m2,导热系数为0.09]57W/(m·K),吸水率为109%、吸湿率为6.14%,接触角度为68.54°。 【关键词】：稻秸秆/淀粉复合材料 不同种类淀粉 稻秸秆纤维尺寸 复合材料密度 力学及理化性能
【学位授予单位】：南京农业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TB332
【目录】：

• 摘要7-9
• ABSTRACT9-11
• 第一章 绪论11-19
• 1.1 课题研究背景11-13
• 1.1.1 中国森林资源现状11-12
• 1.1.2 中国农业废弃物利用现状12-13
• 1.1.3 复合材料的发展背景及现状13
• 1.2 淀粉基复合材料13-16
• 1.2.1 淀粉特性及其种类简介13-15
• 1.2.2 淀粉基复合材料国内外研究现状15-16
• 1.3 论文研究目的、研究内容及创新点16-19
• 1.3.1 论文研究目的及意义16
• 1.3.2 论文研究内容16-17
• 1.3.3 论文创新点17-19
• 第二章 稻秸秆/淀粉复合材料的制备及测试方法19-27
• 2.1 稻秸秆/淀粉复合材料的制备19-21
• 2.1.1 试验原料与仪器设备19
• 2.1.2 淀粉原料的预处理19-20
• 2.1.3 稻秸秆纤维的预处理20
• 2.1.4 混合材料20
• 2.1.5 模压成型工艺20-21
• 2.2 稻秸秆/淀粉复合材料性能测试方法及设备仪器21-25
• 2.2.1 拉伸性能21
• 2.2.2 弯曲性能21-22
• 2.2.3 抗冲击性能22-23
• 2.2.4 导热性能23
• 2.2.5 微相结构23
• 2.2.6 吸水性能23-24
• 2.2.7 吸湿性能24
• 2.2.8 润湿性24-25
• 2.3 试验设备及测试仪器25-27
• 第三章 模压成型工艺优化及探索27-41
• 3.1 成型工艺基本参数的选择27
• 3.2 稻秸秆淀粉复合材料成型工艺优化及探索27-31
• 3.2.1 试验优化方法27-28
• 3.2.2 实验内容28-31
• 3.3 不同因素对复合材料力学性能的影响31-34
• 3.3.1 拉伸强度31-32
• 3.3.2 弯曲强度32-34
• 3.4 不同因素对复合材料理化性能的影响34-39
• 3.4.1 导热系数34-35
• 3.4.2 亲水性35-39
• 3.5 本章小结39-41
• 第四章 不同密度稻秸秆/淀粉复合材料的性能研究41-51
• 4.1 力学性能42-45
• 4.1.1 拉伸强度42-43
• 4.1.2 弯曲强度43-44
• 4.1.3 冲击强度44-45
• 4.2 导热性45-46
• 4.3 复合材料耐水性46-48
• 4.3.1 吸水性能46-47
• 4.3.2 吸湿性能47-48
• 4.3.3 接触角48
• 4.4 微观结构48-50
• 4.4.1 表面微观结构48-49
• 4.4.2 切割面微观结构49-50
• 4.5 本章小结50-51
• 第五章 稻秸秆填充量对复合材料性能的影响51-61
• 5.1 力学性能51-55
• 5.1.1 拉伸强度51-53
• 5.1.2 弯曲强度53-54
• 5.1.3 冲击强度54-55
• 5.3 导热性能55-56
• 5.4 复合材料耐水性56-59
• 5.4.1 吸水性能56-57
• 5.4.2 吸湿性能57-58
• 5.4.3 接触角58-59
• 5.5 微观结构59-60
• 5.5.1 表面微观结构59-60
• 5.5.2 切割面微观结构60
• 5.8 本章小结60-61
• 第六章 填充不同纤维尺寸稻秸秆对复合材料的性能影响61-71
• 6.1 力学性能61-65
• 6.1.1 拉伸强度61-63
• 6.1.2 弯曲强度63-64
• 6.1.3 冲击强度64-65
• 6.3 导热性能65-66
• 6.4 复合材料亲水性66-68
• 6.4.1 吸水性能66-67
• 6.4.2 吸湿性能67-68
• 6.4.3 接触角68
• 6.5 微观结构68-70
• 6.5.1 表面微观结构68-69
• 6.5.2 切割面微观结构69-70
• 6.6 本章小结70-71
• 第七章 结论与展望71-73
• 7.1 结论71-72
• 7.2 展望72-73
• 参考文献73-77
• 致谢77

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