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竹纖生物降解復合材料成型工藝的種類

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  竹纖維可生物降解復合材料的成型工藝主要包括模壓成型、注射成型、擠出成型和層壓成型四大類,根據(jù)產品的外形結構、尺寸大小、性能要求、產品數(shù)量以及生產條件可以靈活地選擇不同的成型工藝。

1.模壓成型工藝

模壓成型是迄今為止制備竹纖維增強可生物降解復合材料廣泛使用的方法之一,將竹纖維和可生物降解塑料混合放入金屬對模中,在一定溫度和壓力作用下而固化成成品。在模壓的過程中板坯比較疏松,壓縮比大,因此需要模具的型腔做的比較深,且壓機的閉合速度不能太快。在熱壓成型的過程中,空氣和水蒸氣會往外排出,如果沒有一定的透氣設置,將會影響復合材的結合強度,從而降低其物理力學性能,通常在模蓋上留有透氣孔或者在壓板上刻有立體槽痕。Goda對此工藝進行了改進,采用邊添加塑料,邊加熱蒸發(fā)塑料水分的方法,先將一定量的竹纖維預置在模具內,隨后加入一定量的液狀塑料,微熱預壓成型后在150℃溫度,13·1MPa加壓條件下保持2h,冷卻定性后得到綠色復合材料。由于竹纖維的導熱性差,加熱過程升溫速度不宜過快,模壓溫度一般控制在160~190℃,成型壓力一般在20MPa左右。

2.注射成型工藝

注射成型是將竹纖維和可生物降解塑料的混合物或它們的預混合顆粒送入注射機料斗內,使其在加熱狀態(tài)下熔融至粘流態(tài),然后經高壓快速注入較低溫度的閉合模具內,冷卻固化成一定形狀的制品。此種方法生產速度快、效率高、以實現(xiàn)自動化生產、能制備出各種形狀復雜的制品、且脫模容易。但是由于混合物必須具有較好的流動性,因此該方法的纖維含量不能太大、纖維不能太長,一般要求纖維含量低于45%,長度應在6mm以下,直徑為7~10μm。因為混合物處于熔融流動狀態(tài),纖維和塑料能夠充分分散,混合接觸的幾率大大提高,有助于提高材料的各項物理力學性能。其料筒溫度一般在140~220℃之間,模具溫度在90℃左右,注射壓力在10~20MPa之間。

3.擠出成型工藝

擠出成型是通過連續(xù)旋轉的螺桿將料斗中的經造粒處理的竹纖維和可生物降解塑料混合物送入料筒中,在加熱和自身摩擦作用下,物料逐漸軟化成粘流態(tài),再借助螺桿旋轉產生的推力,將物料均勻地擠入機頭模具,冷卻定型。雙螺桿的旋轉作用不停地剪切著竹纖維和塑料,使得竹纖維的長度變小,與塑料的接觸面積增大,利于材料的成型。但是,剪切作用對塑料的作用一直未達成統(tǒng)一,有的研究發(fā)現(xiàn)剪切作用也降低了聚乳酸等塑料的分子量,有時甚至達40%左右,有的發(fā)現(xiàn)剪切作用基本上沒有改變塑料的分子量,這種現(xiàn)象說明了竹纖維等小分子對于塑料分子量的變化有復雜的影響,而采用合適的工藝參數(shù)完全能制備出復合材料。這種工藝一般要求料筒溫度稍低于190℃,擠出壓力保持在15~25MPa。

4.層壓成型工藝

層壓成型是將預壓好的竹纖維膜或片層疊,組成層疊體送入壓機,在加壓和加熱的條件下固化成復合材料制品。此類成型工藝適合于竹纖維含量較高的復合材料制備,它的機械化、自動化程度較高,產品的力學性能較其它成型方式好,但是設備的一次性投資大,適用于大規(guī)模生產。Zini等曾比較了層壓法與共混捏合法2種方法制備的亞麻/聚乳酸復合材料,結果表明層壓法復合材料具有更高的力學性能。

文章分類: 行業(yè)新聞
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