秸秆_PP复合材料的制备与注塑成型研究.pdf

秸秆/PP 复合材料的制备与注塑成型研究 摘 要 秸塑复合材料由于具有天然木质感和木质纹理深受人们喜爱。又由于其具有 耐酸碱腐蚀、热稳定性好、防虫蛀、维护成本低等优点，被广泛应用于汽车内饰、 家具等领域。但纤维的添加导致复合材料的力学性能下降，以及产生发霉变色等 问题。随着人们生活水平的提高，在商场、医院和公园等公共场合使用时，还要 求有一定的抗菌效果。 本文首先以PP 和天然小麦秸秆作为主要原材料，制备了秸杆/PP 复合材料。 然后研究了聚丙烯接枝马来酸酐（PP-g-MAH ）、乙烯-辛烯弹性体（POE ）、有 机抗菌剂吡啶硫酮锌（ZPT ）对复合材料力学性能、流变性能、结晶性能、抗菌 防霉性能的影响，并对机理进行探讨。最后，利用计算机注塑成型模拟软件 （Moldflow ）模拟产品生产时在型腔内的注射、保压、冷却的过程，预测冷却效 果和产品的翘曲变形，并对直通式和挡板式的冷却水路进行优选和优化。以熔体 温度、模具温度和冷却时间作为水平因素进行正交实验，以翘曲量作为优化目标， 以优化模具结构、成型工艺参数和改善产品质量为最终目的。以下结论可以得出： （1）随着秸秆含量的增加，秸杆/PP 复合材料的弯曲强度呈现先提高后下 降的趋势，在秸秆含量为 10 wt %时达到最高，弯曲强度最大达到32.36 MPa 后 下降到 28.29 MPa 。秸秆含量40 wt %时拉伸强度从21.54 MPa 不断下降至17.11 2 2 MPa ，冲击强度不断下降，从12.06 kJ/m 下降到3.80 kJ/m 。 （2 ）随着PP-g-MAH 含量的增加，材料的力学性能呈现先上升后下降趋势。 在PP-g-MAH 的添加量为6%时，体系有着最佳的综合性能，弯曲强度达到41.23 2 MPa ，拉伸强度达到25.70 MPa ，冲击强度达到5.31 kJ/m 。 （3 ）随着POE 含量的增加，秸杆/PP 复合材料的弯曲强度、拉伸强度和弯 曲模量呈现下降趋势，而冲击强度呈现上升趋势。POE 含量为8%时弯曲强度从 41.23 MPa 下降到31.10 MPa，拉伸强度从 25.70 MPa 下降到19.38 MPa 下。弯 2 曲模量从2151.74 MPa 下降到1567.54 MPa，冲击强度从5.31 kJ/m 上升到7.27 2 kJ/m 。 （4 ）随着抗菌剂吡啶硫酮锌含量的增加，秸杆/PP 复合材料的弯曲、拉伸 和冲击性能呈现少量下降的趋势。当抗菌剂用量为2%时，弯曲强度、拉伸强度 和冲击强度分别下降了1.24%、4.49%和2.41% 。 I （5 ）当吡啶硫酮锌用量为0.5%时，对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌的抗菌率 分别为95.10%和92.48%，大于国家标准，具有抗菌效果。当抗菌剂添加量为2% 时，抗菌率分别为99.02%和99.25%，大于99% 。在放置100 天后抗菌率均有一 定的下降，此时的抗菌率分别为96.50%和95.30% 。当吡啶硫酮锌含量为2%时， 防霉性能评级达到0 级。 （6 ）模拟结果表明，挡板式冷却水路的冷却效果比直通式的冷却效果好， 前者制品的最高温度比后者下降了6.68 oC，制品的平均温度下降了6.45 oC，到 达顶出温度的时间减少了17.2 s。 （7 ）正交实验的模拟分析表明，影响翘曲变形量的最主要的因素为熔体温 度，其次是冷却时间和模具温度，最佳工艺参数为熔体温度 180 oC、模具温度 45 oC、冷却时间220 s 。 关键词：秸秆，聚丙烯，复合材料，抗菌防霉，Moldflow II PREPARATION AND INJECTION MOLDING