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植物短纤维复合材料包覆式共挤模拟与口模设计

李展洪  
【摘要】:近年来,植物短纤维复合材料已开始得到人们的重视,植物短纤维进一步改善了木塑复合材料的性能,例如亚麻、剑麻、大麻等植物短纤维可提高木塑复合材料的结构强度。另外,人们利用包覆式共挤技术,既可以通过表层对芯层起到绝水、吸收紫外线等作用,又可以对表层进行着色、表面压花或印花处理,美化制品的外观。所以,包覆式共挤技术应用于植物短纤维复合材料的成型加工中,具有实际意义。 本文利用转矩流变仪和平板动态流变仪表征聚乳酸(PLA)/剑麻(SF)的流变性能。PLA/SF复合材料转矩流变测量结果表明,PLA/SF复合材料体系均属假塑性流体,非牛顿指数n随SF含量的增加先增大后减小;复合材料的稠度随着SF含量提高而增大。SF复合体系的?E都比纯PLA的大,并且在SF含量为30%左右出现峰值。复合体系中的纤维长径比主要与转速和纤维含量有关。随着转速与纤维含量的增大,PLA的降解越严重。从表征动态流变性能的结果来看,剑麻纤维含量的增大,材料体系G’和G’’随频率的变化程度也相应的减小;而随着频率的增加,动态黏度下降,但随着剑麻纤维用量的增加,复合材料黏度呈现增大的趋势。纤维含量越大,体系越接近固相,表现出较长的松弛时间。 本文还模拟分析了植物纤维复合材料外加包覆层的共挤流场,结果表明,外加包覆层可以降低复合材料发生不稳定现象的几率,提高不稳定挤出的临界挤出速度,从而提高工业生产效率。从口模几何参数方面考虑,入口角度对流场分布和界面位置都有一定的影响;从工艺条件方面考虑,外层材料与内层复合材料之间的流率比值越大,外层材料流动越占优势;从材料参数方面考虑,不同含量的复合材料具有不同的材料特性,黏度较低的,熔体流动性较好,而黏度较高,流动性较差,容易在汇流段发生胀大现象。 最后,本文在设计口模流道时选取了渐变衣架式口模流道。同时,结合流变测试结果和共挤模拟分析结果,综合考虑口模参数、工艺条件等,设计出适用于短植物纤维复合材料的渐变衣架式口模。


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