稻秸秆/淀粉复合材料的制备及其性能研究

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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°。
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