外文翻译--木纤维增强聚丙烯复合材料--压缩和注塑成型工艺 中文版

1 木纤维增强聚丙烯复合材料： 压缩和注塑成型工艺 摘要 含有 不同种类的 木质纤维 （硬木纤维和软木纤维）的 木纤维增强聚丙烯复合材料 经过 注射成型和挤压成型工艺 而成。人们针对不同处理系统和相容剂对 复合材料的力学性能 的影响进行过调查。当今研究是针对在处理系统和相容剂作用下木纤维聚丙烯复合材料 的 拉伸，弯曲，冲击和影响性能 。从研究结果中发现，相对于 压缩成型工艺 ， 注塑成型工艺具有较好的拉伸和弯曲性能 （ 拉伸强度 和 弯曲强度 大约分为 155%和 60%）。 简支梁冲击增 加了压缩硬木材纤维聚丙烯（ 合材料成型 的最值， 在 30%木材纤 维含量 的 70左右 。相比较于 压缩成型工艺 ，注射成型过程 的耐冲击力更有优势。在 注射成型过程 中 含 50%木质纤维的 硬木材纤维聚丙烯复合材料阻尼指数 最多可以 降 低 60%。为了更好理解在这两个加工系统中 木纤维 和聚丙烯 之间的相互作用 ，本研究对复合材料的 扫描电子显微镜 也有所探讨。 关键词 ： 木纤维聚丙烯复合材料 ； 注塑成型工艺 ； 压缩成型工艺 ；机械性能 2 引言 聚丙烯纤维复合材料的木材 成为 昂贵和缺乏环保材料 的替代品。聚丙烯纤维复合材料 是一种可回收 聚合物， 来自可再生能源派生 的木纤维，且宜 生物降解 。在聚丙烯基体使用木材纤维 拥有 很多优势，如 改善复合材料的尺寸稳定性 ， 加工温度较低 ， 热变形温度 较高， 改善 木 表面外观 ，质轻，体积小，缩短了 高达 30的注射成型产品的周期时间 和易于生产高性能材料的产品。 相比较 传统的补强剂 （如玻璃纤维和矿物颗粒），如今复合技术的进展提高了他们的竞争力。 木粉填充物都是现成的木磨 。 作为磨削工艺的功能，它可以控制大小，粒径分布，形状，以及木粉颗粒的纵横比。木粉通常包括一个破碎纤维的混合物， 尤其是 原纤化纤维 和纤维束。与矿物颗粒相比， 用聚丙烯复合 的木粉强力地集合了 比刚度和强度 增高，加工过程中减少磨损，密度降低和价格低廉 的特点。 注塑和挤出 是用来生产 柱状或片状形式 的 木纤维热塑性复合材料 的。 注塑需要具有低分子量聚合物维持低粘度 。约翰逊自控汽车对最新近的 塑料天然纤维复合材料 在汽车内部零部件和 木纤维聚丙烯复合材料 产品生产 技术 （如 注塑成型，低压注塑成型，共注射成型 ）的使用提出了一个概述。 与对 几种 自然和木纤维（黄麻，亚麻，红麻，桉树）被应用到半成品 ，即注射成型过程中颗粒（简称天然纤维）的， 几种线路进行重点研究 。 （亚麻纤维， 3,4麻， 5黄麻， 6稻壳， 7和剑麻纤维 8,9）自然属性和木纤维 10增强聚合物复合材 料注塑成型 工艺中有所研究 。 热塑性纤维增强复合材料区别于热固性复合材料主要 在于 断裂伸长率较高，周期短和 具有 回收的可能性。压缩成型技术 被证明对任何 热塑性预浸 的型材产品都适用。 压缩成型技术无需压缩材料就可温和地将 热塑性预浸 塑成所需的形状。 不同层取向 也就 此成型后保留 。 约翰逊 自控 11比较了汽车门板制造 的 新材料和新工艺 。 该材料是 一种 天然纤维毡（亚麻，剑麻，大麻，红麻 ） ,表面喷有压缩成型产出的 聚氨酯树脂 。 麻纤维， 12纤维 15和黄麻纤维 16增强复合材料 也 由 压缩成型工艺制备 。 最近的一项审查报 告 17描述了在 不同处理系统中（ 挤出，注射成型，压缩成型， 混合机 和 挤压 过程 ）聚合物中自然木纤维的加固。 混炼过程 的一个重要特征是加入了相容剂，这种相容剂是用来克服极地木和非极地 烃聚合物 之间的不相 3 容。 兼容性不足 通常使 冲击和拉伸强度 的下降。 这些研究 旨在 比较注射成型和压缩成型工艺 中 木纤维（聚丙烯）复合材料的力学性能 。 4 实验 材料： 高聚物基聚丙烯 是由德国盖尔森基兴帝斯曼提供的一种颗粒（ 17，它的熔点是 173 C，熔融指数为 230 度下 0它在室温下密度为 木纤维 标准硬木纤维和软木纤维， 150小，由德国 J. 有限公司提供，值得关注的是硬木纤维和软木纤维的纤维组织分别是纤维状和立体状的。 相容剂 市面上销售的马来酸酐共聚聚丙烯共聚物（ 气 504 一种用于纤维处理相容剂，这可以从德国法兰克福科莱恩公司买到。用量大概是木纤维含量的 5%，用来改善木纤维和聚丙烯基之间的相容性和粘着力。 配制和样品制备 注塑成型工艺 硬木材纤维和软木材纤 维（ 30和 50重量比）聚丙烯颗粒经双螺杆挤出机（哈克挤出机， 5/32） 混合，加或不加相容剂。混合前 所有的木材纤维在空气循环烘箱 中以 80 C 温度烘干 24 小时。 注塑成型工艺 制成备用样品前，挤压后颗粒需在 80 C 下再烘干 24 小时。在 熔化温度 150 C - 180 C，模具温度 80 C，注塑压力 20kN/，注塑成型工艺将干燥的颗粒制成实验样品 。 压缩成型工艺 聚丙烯颗粒被转换成粉末，然后与木材纤维混纺 。 木纤维和 聚丙烯 粉混合物放置 于 汽缸压缩块成型机 ，机内压力为 20kN/度达到 190 C。气缸维持20kN/钟，然后在另一个装有制冷设施的模子里 冷却（ 10 _C /分钟） 。准备好的薄板放入 3kN/力， 180 C 的 压缩成型机 中 5钟，使薄板厚度达到 2后将压片根据各种机械试验需要的 字 剪切成各个 矩形标本 。 测量 5 根据 27 或 拉伸 和 弯曲强度（兹维克机，芬欧汇川 1446年）在 2 毫米 /分钟的测试速度进行了测试 ； 27 和 对于不同 木纤维聚丙烯复合材料 （加入相容剂或没有加）而定的。 所有测试 是 在室温（ 23 _C）和相对湿度为 50进行研究 的。 简支梁冲击试验（标准 79）进行了 10 个无缺口 样品试验。 每个系列 中， 标准差（ 15）是用来衡量摆锤冲击能量 的。 为了测量特征值的影响， 标本 是在室温下以非渗透模式运用 低速落锤冲击试验机（标准 603 - 2） 进行测试的。冲击机 有 克， 浏览 显微镜扫描 利用扫描电子显微镜（ 织女星 对 这两个 工艺生产得到 的木纤维聚丙烯复合材料的形 态进行观察研究。然而， 弯曲试样断口 需镀上金后 再在电子显微镜下进行研究。 6 结果与讨论 以重量为 30%和 50%纤维负载的 木纤维 聚丙烯 复合材料 来研究处理系统对 力学性能的影响 ，如复合材料的 拉伸强度和弯曲强度，弯曲电子模量，冲击强度和冲击性能 。 我们已经报道 18过，含（马来酸酐） 容剂（浓度 5%，相当于木纤维含量）的 木纤维聚丙烯复合材料 性能最佳。 这就是为什么在我们目前的工作中， 两个工艺中所有种类的木纤维聚丙烯 复合材料 中 马来酸酐 聚丙烯相容剂的 含量 都是 5%。这 些复合材料的各种性能进行了 以下的 讨论 。 图一显示了两个工艺中随着木纤维（硬木纤维和软木纤维 ）的变化和加入和没加入相容剂情况下木纤维聚丙烯 复合材料 的拉伸试验结果。 在一般情况下， 加入了相容剂的 木纤维聚丙烯复合材料 的机械性能 显示了一个增加的趋势 。 图 1表明，由注塑工艺制备复合材料的拉伸强度高于由压缩成型工艺制备的复合材料，它也说明， 加入相容剂后，注塑 工艺制备硬木材纤维增强聚丙烯复合材料 的拉伸强度最高， 几乎在 155的升幅，压缩成型工艺在 50木纤维含量 。 从图 2和图 3中可以很容易看出 一个处理系统对木纤维聚丙烯复合材料的弯曲性能的影响 。 据观察，该复合材料的抗弯强度（图 2）显示 了随着相容剂的加入而不断增大。 将两个工艺进行比较， 30%的木纤维含量（硬木纤维和软木纤维），结果相差不是很明显。但是 50%的木纤维含量时，注塑成型工艺拉伸强度更好，此时压缩成型工艺需要 60%的木纤维。图 3 表明，两个工艺中硬木纤维和软木纤维聚丙烯复合材料的弯曲电子随着拉伸强度变化相同。 这意味着在 30木纤维含量（硬木材纤维和软木材纤维）这 差异 不是很显 著。 但在 50木纤维含量，相比较压缩成型工艺， 注塑成型工艺具有较好的弯曲强度， 并 具有增加的趋势 。图 4 显示了 两个工艺中加入相容剂的 木纤维 聚丙烯 复合材料的冲击强度的变化过程 。从这些数字可以看出，注 塑成型工艺制备的硬木纤维和软木纤维聚丙烯复合材料的冲击强度比压缩成型工艺的要高。在复合材料中加入相容剂后压缩成型工艺中的硬木聚丙烯复合材料的冲击强度提高到最大值。大约是 30%木纤维含量的 70%。 图 5 中描述的 撞击试验的结果可以说是由两个独立 问题来 描述。 他们是： （ a） 力挠度曲线 : 力 挠度曲线是指所有材料 反应 (b)特征值 : 作为耗能 衡量的 失能（ ，作为储能衡量的应变能（ 失能和应变能比值称作为阻尼指数（ A*） 图 6 显示了两个工艺中硬木纤维和软木纤维聚丙烯复合材料的耐冲击性。 图6 说明了在两个工艺中 有 和没有 相容剂 的硬木纤维 聚丙烯 复合材料的 耐 冲击 性，注塑成型工艺的耐冲击性更好，压缩成型工艺中可以看到大量的起爆损坏。 但随着相容剂 的加入 ，硬木纤维聚丙烯复合材料 在压缩成型工艺中的耐冲击性能 最好，没有大量的起爆损坏。在软木纤维聚丙烯复合材料的试验中（ 6b），可清晰看出注塑成型工艺中的耐冲击性比压缩成型工艺的更好，没有大量的起爆损坏。 所有样品的阻尼指数 ，即 采取的耗能（失能） 与 存储的能量（应变能）的比例 ，是用来 来衡量特征值的影响 。失能包括不可逆转变形的能量，和由于基体裂变产生， 传播，分层， 直到 最后纤维断 裂 所消耗的能量。 7 图 7 显示了两个工艺中加入相容剂的硬纤维聚丙烯复合材料的阻尼指数。可以看出注塑成型工艺的阻尼指数比压缩成型工艺相对较好，但不是很明显。 显而易见，所有情况下，相容剂的加入大大降低了阻尼指数，在含 50%木纤维含量情况下，注塑成型工艺制备的硬木纤维聚丙烯复合材料最高，近 60%。 图 8示的是在电子显微镜下观察注塑成型工艺和压缩成型工艺制备的木纤维聚丙烯复合材料弯曲断口情况。图 8（ a）和（ b）显示了在含有 30%木纤维含量情况下，压缩成型工艺制备的硬木纤维和软木纤维聚丙烯复合材料的情况。图 8（ a）和（ b）都显示了压缩成型工艺中硬木纤维和软木纤维聚丙烯复合材料，在压缩成型工艺中现有纤维拔出，脱粘，微纤化，就像一层到另一层。众所周知， 这些结构（层与层） 构成浏览更 高冲击强度 ，从图 4 中可知，压缩成型工艺制备的复合材料的简支梁强度比注塑成型工艺更高。 但图 9 和图 10 显示两个工艺中通过加入相容剂，木纤维和基体之间的相互作用更好。 图 9（ a）和 (b)展示了注塑成型工艺中加入和未加入相容剂的软木纤维聚丙烯复合材料的微观结构，其中木纤维含量为 50%。图 10（ a）和（ b）展示的是与注塑成型工艺情况相同下的压缩成型工 艺制备的复合材料的微观结构。很明显，在两个工艺比较中，相比较压缩成型工艺，注塑成型工艺制备木纤维聚丙烯复合材料的木纤维和基体相互作用更好。为了更好的理解，两个工艺制备的复合材料的密度也都计量了。对于木纤维聚丙烯复合材料（ 30%木纤维含量），注塑成型工艺中复合材料密度是 压缩成型工艺制备的复合材料密度低表明此孔隙度大，也就是说木纤维和聚丙烯之间的粘着力和相互作用力小。从这两个工艺制备木纤维聚丙烯复合材料的机械力学也能推测出这样的结果。