竹纤维/淀粉发泡复合材料制备及性能研究
发布时间：2021-07-27 15:06
目的研究竹纤维/淀粉发泡复合缓冲材料的制备方法,分析组分含量变化对发泡材料力学性能的影响规律,确定最佳的组分配比和最佳配比条件下竹纤维/淀粉发泡复合材料的能量吸收性能。方法将按一定比例配置的竹纤维、淀粉、碳酸氢铵、丙三醇和水置于模具中,采用烘焙发泡法制备竹纤维/淀粉发泡复合材料,并从能量吸收的角度分析了发泡剂、胶黏剂、增塑剂对竹纤维/淀粉复合发泡材料缓冲性能的影响规律,从而确定各组分的最佳配比。结果随着发泡剂和淀粉含量的增加,竹纤维/淀粉发泡复合材料的平台应力和总吸收能量呈现出先增加后减小的趋势,增塑剂含量的增加可改善制品的弹塑性,但降低了制品的平台应力和能量吸收能力;竹纤维、淀粉、水、碳酸氢铵、丙三醇最佳质量比为1∶2∶3∶1∶0.8。结论最佳质量配比条件下的竹纤维/淀粉发泡复合材料具有一定的缓冲吸能效果,其静态缓冲性能与EPS接近,可用于产品的物流防护。
【文章来源】：包装工程. 2016,37(09)北大核心CSCD
【文章页数】：6 页
【部分图文】：
发泡剂用量对发泡效果的影响
材料的平台应力和总吸收能量随着发泡剂添加量的增加，均呈现出先增加后减小的趋势。其原因是，当发泡剂添加量较少时，发泡材料的泡孔较少，密度较大，材料质感较硬，在压缩时其应力平台较低，吸收的能量较少；当发泡剂添加量过大时又造成泡孔的塌陷和合并，不利于其平台应力和总吸收能量的提高，因此，发泡剂含量适当才有利于制得的发泡材料力学性能和能量吸收性能的提高。结合表1和图1可知，在发泡剂与纤维原料质量比为1∶1时出现平台应力和单位体积总吸收能量的最大值，此时发泡材料的泡孔较多，且较为均匀。由图2亦可知，发泡剂与纤维原料质量比为1∶1和1.2∶1时的应力-应变曲线几近重合，均位于其他各条曲线之上，具有较高的应力平台和更好的承载性能，能够在近乎恒定的应力作用下持续发生变形而吸收能量，缓和冲击。从成本和发泡效果综合考量，可优选发泡剂与纤维原料质量比为1∶1的发泡剂最佳用量。2.2胶黏剂的影响胶黏剂主要作用在于将体系内的纤维相互粘合表1不同发泡剂含量对发泡制品的影响Tab.1Effectofdifferentfoamingagentcontentsonthefoamingproduct发泡剂与纤维原料质量比0.6∶10.8∶11∶11.2∶11.4∶1制品密度/（g·cm-3）0.500.490.470.450.42发泡倍率1.601.841.982.132.35平台应力/（N·cm-2）1.992.652.972.021.57密实化应变0.690.670.640.530.63单位体积总吸收能量/（kJ·m-3）1192913720152325500448423图1发泡剂用量对发泡效果的影响Fig.1Influenceoffoamingagentcontentonfoamingresult图2不同发泡剂含量样品的应力-应变曲线Fig.2Thestress-straincurvesofspecimensfabricatedwit
宋??涞牧?嵩銮浚??逋?唇峁剐纬山虾茫?菘?较多也较均匀，制品发泡效果良好，承载和吸收能量的能力逐渐增加。当淀粉用量过大时，竹纤维与淀粉之间粘结较严重，网状结构的空隙被胶黏剂所占，气体无法进入形成泡孔，发泡效果不理想，同时淀粉用量增加使得竹纤维之间的交织点减少，胶黏剂不能很好发挥其粘接作用，反而造成材料内部分层，泡孔分布不均匀，材料的整体压缩性能下降，缓冲性能不佳。结合表2可知，在淀粉与纤维原料质量比为2∶1时，平台应力值和单位体积总吸收能量均达到最大值，发泡效果亦为最佳。由图3亦可知，淀粉与纤维原料质量比为1∶1时的应力-应变曲线位于其他各条曲线之上，然而该制品的应力平台较短且应力随应变的增加而急剧增加，密实化应变较小，吸收的能量也极为有限。而淀粉与纤维质量比为2∶1时，制品的应力-应变曲线具有更好的承载性能和能量吸收性能，此时发泡效果也为最佳，泡孔均匀，较少出现泡孔塌陷、合并的现象。2.3增塑剂的影响由于竹纤维以及淀粉分子之间氢键结合紧密，所制备的发泡材料完全干燥后较硬较脆，柔韧性不佳，因此选用一些多元醇作为增塑剂，有利于增加物料的流动性，有助于气泡成长和扩散，形成均匀稳定的泡孔，提高定型后材料的弹性和柔韧性。本实验中选用丙三醇作为增塑剂，并继续采用控制变量法研究增塑剂与纤维原料质量比分别为0∶1，0.2∶1，0.4∶1，0.6∶1，0.8∶1，1∶1，1.2∶1和1.4∶1时的发泡效果。实验得到丙三醇含量分别为0，1，2，3，4，5，6，7mL，NH4HCO3为5g，竹纤维5g，淀粉10g，水15mL时，制备的竹纤维/淀粉发泡复合材料的主要力学性能见表3。由表3可知，随着丙三醇添加量的增加，发泡材料的密度呈现出先增大后减小的趋势。产生这种变化的原因?
【参考文献】：
期刊论文
[1]废纸板纤维/淀粉发泡复合材料加工流变特性及泡孔形态[J]. 曾广胜,林瑞珍,郑良杰. 复合材料学报. 2013(05)
[2]药用植物剩余物发泡缓冲包装材料的制备及性能研究[J]. 潘小青,王桂英,曹斌. 包装工程. 2013(05)
[3]基于NaOH预处理的废纸纤维发泡材料工艺及配方研究[J]. 张惠莹,张晶,孙昊,江兴亮,张新昌. 包装工程. 2012(19)
[4]基于复配发泡剂的纸纤维发泡缓冲包装材料制备工艺[J]. 巨杨妮,冯建华,江兴亮,张新昌. 包装工程. 2012(05)
[5]杂交狼尾草发泡缓冲材料的制备及性能研究[J]. 母军,张德荣,范希峰,朱丹,王洪宾. 包装工程. 2011(19)
[6]机械活化甘蔗渣制备缓冲包装材料的研究[J]. 江道海,黄祖强,胡华宇,苏东娇,王楠. 包装工程. 2011(03)
[7]竹纤维发泡缓冲包装材料的静态力学性能建模[J]. 周盛华,刘晔. 包装工程. 2009(06)
[8]玉米秸秆缓冲包装材料的研究[J]. 高德,常江,巩雪. 包装工程. 2007(01)
博士论文
[1]木质剩余物纤维多孔型材料制备及缓冲特性研究[D]. 李琛.东北林业大学 2013
[2]湿度和应变率对纸质缓冲材料能量吸收特性的影响[D]. 鄂玉萍.江南大学 2010
硕士论文
[1]废纸板纤维/淀粉发泡复合材料的制备及其性能研究[D]. 林瑞珍.湖南工业大学 2013
本文编号：3306021
【文章来源】：包装工程. 2016,37(09)北大核心CSCD
【文章页数】：6 页
【部分图文】：
发泡剂用量对发泡效果的影响
材料的平台应力和总吸收能量随着发泡剂添加量的增加，均呈现出先增加后减小的趋势。其原因是，当发泡剂添加量较少时，发泡材料的泡孔较少，密度较大，材料质感较硬，在压缩时其应力平台较低，吸收的能量较少；当发泡剂添加量过大时又造成泡孔的塌陷和合并，不利于其平台应力和总吸收能量的提高，因此，发泡剂含量适当才有利于制得的发泡材料力学性能和能量吸收性能的提高。结合表1和图1可知，在发泡剂与纤维原料质量比为1∶1时出现平台应力和单位体积总吸收能量的最大值，此时发泡材料的泡孔较多，且较为均匀。由图2亦可知，发泡剂与纤维原料质量比为1∶1和1.2∶1时的应力-应变曲线几近重合，均位于其他各条曲线之上，具有较高的应力平台和更好的承载性能，能够在近乎恒定的应力作用下持续发生变形而吸收能量，缓和冲击。从成本和发泡效果综合考量，可优选发泡剂与纤维原料质量比为1∶1的发泡剂最佳用量。2.2胶黏剂的影响胶黏剂主要作用在于将体系内的纤维相互粘合表1不同发泡剂含量对发泡制品的影响Tab.1Effectofdifferentfoamingagentcontentsonthefoamingproduct发泡剂与纤维原料质量比0.6∶10.8∶11∶11.2∶11.4∶1制品密度/（g·cm-3）0.500.490.470.450.42发泡倍率1.601.841.982.132.35平台应力/（N·cm-2）1.992.652.972.021.57密实化应变0.690.670.640.530.63单位体积总吸收能量/（kJ·m-3）1192913720152325500448423图1发泡剂用量对发泡效果的影响Fig.1Influenceoffoamingagentcontentonfoamingresult图2不同发泡剂含量样品的应力-应变曲线Fig.2Thestress-straincurvesofspecimensfabricatedwit
宋??涞牧?嵩銮浚??逋?唇峁剐纬山虾茫?菘?较多也较均匀，制品发泡效果良好，承载和吸收能量的能力逐渐增加。当淀粉用量过大时，竹纤维与淀粉之间粘结较严重，网状结构的空隙被胶黏剂所占，气体无法进入形成泡孔，发泡效果不理想，同时淀粉用量增加使得竹纤维之间的交织点减少，胶黏剂不能很好发挥其粘接作用，反而造成材料内部分层，泡孔分布不均匀，材料的整体压缩性能下降，缓冲性能不佳。结合表2可知，在淀粉与纤维原料质量比为2∶1时，平台应力值和单位体积总吸收能量均达到最大值，发泡效果亦为最佳。由图3亦可知，淀粉与纤维原料质量比为1∶1时的应力-应变曲线位于其他各条曲线之上，然而该制品的应力平台较短且应力随应变的增加而急剧增加，密实化应变较小，吸收的能量也极为有限。而淀粉与纤维质量比为2∶1时，制品的应力-应变曲线具有更好的承载性能和能量吸收性能，此时发泡效果也为最佳，泡孔均匀，较少出现泡孔塌陷、合并的现象。2.3增塑剂的影响由于竹纤维以及淀粉分子之间氢键结合紧密，所制备的发泡材料完全干燥后较硬较脆，柔韧性不佳，因此选用一些多元醇作为增塑剂，有利于增加物料的流动性，有助于气泡成长和扩散，形成均匀稳定的泡孔，提高定型后材料的弹性和柔韧性。本实验中选用丙三醇作为增塑剂，并继续采用控制变量法研究增塑剂与纤维原料质量比分别为0∶1，0.2∶1，0.4∶1，0.6∶1，0.8∶1，1∶1，1.2∶1和1.4∶1时的发泡效果。实验得到丙三醇含量分别为0，1，2，3，4，5，6，7mL，NH4HCO3为5g，竹纤维5g，淀粉10g，水15mL时，制备的竹纤维/淀粉发泡复合材料的主要力学性能见表3。由表3可知，随着丙三醇添加量的增加，发泡材料的密度呈现出先增大后减小的趋势。产生这种变化的原因?
【参考文献】：
期刊论文
[1]废纸板纤维/淀粉发泡复合材料加工流变特性及泡孔形态[J]. 曾广胜,林瑞珍,郑良杰. 复合材料学报. 2013(05)
[2]药用植物剩余物发泡缓冲包装材料的制备及性能研究[J]. 潘小青,王桂英,曹斌. 包装工程. 2013(05)
[3]基于NaOH预处理的废纸纤维发泡材料工艺及配方研究[J]. 张惠莹,张晶,孙昊,江兴亮,张新昌. 包装工程. 2012(19)
[4]基于复配发泡剂的纸纤维发泡缓冲包装材料制备工艺[J]. 巨杨妮,冯建华,江兴亮,张新昌. 包装工程. 2012(05)
[5]杂交狼尾草发泡缓冲材料的制备及性能研究[J]. 母军,张德荣,范希峰,朱丹,王洪宾. 包装工程. 2011(19)
[6]机械活化甘蔗渣制备缓冲包装材料的研究[J]. 江道海,黄祖强,胡华宇,苏东娇,王楠. 包装工程. 2011(03)
[7]竹纤维发泡缓冲包装材料的静态力学性能建模[J]. 周盛华,刘晔. 包装工程. 2009(06)
[8]玉米秸秆缓冲包装材料的研究[J]. 高德,常江,巩雪. 包装工程. 2007(01)
博士论文
[1]木质剩余物纤维多孔型材料制备及缓冲特性研究[D]. 李琛.东北林业大学 2013
[2]湿度和应变率对纸质缓冲材料能量吸收特性的影响[D]. 鄂玉萍.江南大学 2010
硕士论文
[1]废纸板纤维/淀粉发泡复合材料的制备及其性能研究[D]. 林瑞珍.湖南工业大学 2013
本文编号：3306021
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