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竹纤生物降解复合材料成型工艺的种类

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竹纤维可生物降解

复合材料的成型工艺主要包括模压成型、注射成型、挤出成型和层压成型四大类,根据产品的外形的结构、尺寸大小、性能要求、产品数量以及生产条件可以灵活地选择不同的成型工艺。

1.模压成型工艺

模压成型是迄今为止制备竹纤维增强可生物降解复合材料广泛使用的方法之一,将竹纤维和可生物降解塑料混合放入金属对模中,在一定温度和压力作用下而固化成成品。在模压的过程中板坯比较疏松,压缩比大,因此需要模具的型腔做的比较深,且压机的闭合速度不能太快。在热压成型过程中,空气和水蒸气会往外排出,如果没有一定的透气设置,将会影响复合材的结合强度,从而降低其物理力学性能,通常在模盖上留有透气孔或者在压板上刻有立体槽痕。Goda对此工艺进行了改进,采用边添加塑料,边加热蒸发塑料水分的方法,先将一定量的竹纤维预置在模具内,随后加入一定量的液状塑料,微热预压成型后在150℃温度,13·1MPa加压条件下保持2h,冷却定性后得到绿色复合材料。由于竹纤维的导热性差,加热过程升温速度不宜过快,模压温度一般控制在160~190℃,成型压力一般在20MPa左右。

2.注射成型工艺

注射成型是将竹纤维和可生物降解塑料的混合物或它们的预混合颗粒送入注射机料斗内,使其在加热状态下熔融至粘流态,然后经高压快速注入较低温度的闭合模具内,冷却固化成一定形状的制品。此种方法生产速度快、效率高、以实现自动化生产、能制备出各种形状复杂的制品、且脱模容易。但是由于混合物必须具有较好的流动性,因此该方法的纤维含量不能太大、纤维不能太长,一般要求纤维含量低于45%,长度应在6mm以下,直径为7~10μm。因为混合物处于熔融流动状态,纤维和塑料能够充分分散,混合接触的几率大大提高,有助于提高材料的各项物理力学性能。其料筒温度一般在140~220℃之间,模具温度在90℃左右,注射压力在10~20MPa之间。

3.挤出成型工艺

挤出成型是通过连续旋转的螺杆将料斗中的经造粒处理的竹纤维和可生物降解塑料混合物送入料筒中,在加热和自身摩擦作用下,物料逐渐软化成粘流态,再借助螺杆旋转产生的推力,将物料均匀地挤入机头模具,冷却定型。双螺杆的旋转作用不停地剪切着竹纤维和塑料,使得竹纤维的长度变小,与塑料的接触面积增大,利于材料的成型。但是,剪切作用对塑料的作用一直未达成统一,有的研究发现剪切作用也降低了聚乳酸等塑料的分子量,有时甚至达40%左右,有的发现剪切作用基本上没有改变塑料的分子量,这种现象说明了竹纤维等小分子对于塑料分子量的变化有复杂的影响,而采用合适的工艺参数完全能制备出复合材料。这种工艺一般要求料筒温度稍低于190℃,挤出压力保持在15~25MPa。

4.层压成型工艺

层压成型是将预压好的竹纤维膜或片层叠,组成层叠体送入压机,在加压和加热的条件下固化成复合材料制品。此类成型工艺适合于竹纤维含量较高的复合材料制备,它的机械化、自动化程度较高,产品的力学性能较其它成型方式好,但是设备的一次性投资大,适用于大规模生产。Zini等曾比较了层压法与共混捏合法2种方法制备的亚麻/聚乳酸复合材料,结果表明层压法复合材料具有更高的力学性能。