废纸纤维淀粉复合发泡材料工艺与包装性能研究

论文摘要

淀粉-纤维复合发泡材料是一种新型的、环保的材料,在一定应用范围内可以取代发泡聚苯乙烯等发泡塑料的使用。本实验选择来源广泛价格低廉的马铃薯淀粉、废纸纤维为主要原材料,并通过添加助剂改善材料的性能。将原材料糊化后放入成型模具中并在一定的温度和压力条件下模压发泡成型,形成具有一定缓冲性能和力学强度的膨化材料。研究原料混合方式、原料配比、模压加工工艺条件等因素对复合发泡试样的结构、密度、力学性能的影响通过对上述研究内容的分析得到以下结论：在本实验加工条件下淀粉在含水量为60%时发泡形成的试样密度为0.16g/cm3,弯曲强度为3.6MPa,但材料脆性较大。在材料中添加聚乙烯醇,使得材料的韧性增强,同时也提高材料的承载能力和缓冲效率,密度也有所上升。研究纤维的不同添加方式发现在70%含水量以上添加干纤维和添加纤维浆对试样性能影响较小。纤维的添加量对试样的内部结构有较大影响,当淀粉作为复合材料的主体时,材料的主要结构为连续性的泡壁和腔室,纤维起增强作用但同时也影响了泡体结构的均匀性；当纤维质量大于淀粉质量并作为材料主体时,试样结构由纤维的空间支架结构组成,淀粉主要起粘结剂的作用,纤维的束状结构增多。这两种结构在外力作用下均能通过形变吸收能量,具有缓冲功能。当纤维与淀粉质量比为1.5时,材料在10lOkPa应力下具有较好的缓冲性能,最小缓冲系数为2.71。通过改进加工工艺条件解决了传热问题并在模压条件下制备厚度为40mm的较高厚度的模压发泡缓冲材料,拓宽材料的应用范围,材料成型时间为5-7min,成型温度为170℃。样块的表观密度为0.143g/cm3,在650kPa应力下具有较好的缓冲性能,最小缓冲系数小于3.2。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1 前言
• 1.1 研究背景
• 1.2 可降解发泡材料的研究现状
• 1.2.1 光降解型发泡材料
• 1.2.2 生物降解型发泡材料
• 1.3 淀粉的结构与特性
• 1.3.1 淀粉的分类及结构
• 1.3.2 淀粉的糊化和老化
• 1.3.3 淀粉在不同水含量下的流变特性
• 1.3.4 淀粉基材的选择
• 1.4 纤维的结构与特性
• 1.4.1 植物纤维的构造及性能
• 1.4.2 废纸纤维的性能及应用
• 1.5 添加剂的特性
• 1.5.1 发泡剂的选择及作用
• 1.5.2 增塑剂的选择及作用
• 1.6 发泡基础理论及成形工艺
• 1.6.1 泡体形成原理
• 1.6.2 发泡体加工工艺
• 1.7 现存在的问题
• 1.8 研究内容及研究意义
• 1.8.1 研究内容
• 1.8.2 研究意义
• 2 材料与方法
• 2.1 实验材料
• 2.1.1 废弃新闻纸
• 2.1.2 马铃薯淀粉
• 2.1.3 聚乙烯醇（PVA）
• 2.1.4 实验药品
• 2.2 实验主要仪器
• 2.2.1 实验主要仪器
• 2.2.2 自制模具
• 2.3 实验方法
• 2.3.1 纤维碎解方法
• 2.3.2 淀粉处理及原料混合
• 2.3.3 发泡成型方法
• 2.3.4 工艺参数设定
• 2.4 工艺过程
• 2.4.1 淀粉发泡工艺中的含水量
• 2.4.2 淀粉发泡工艺中的PVA含量
• 2.4.3 淀粉发泡工艺中的纤维含量
• 2.4.4 淀粉发泡工艺中发泡剂含量
• 2.4.5 淀粉发泡工艺中的工艺参数
• 2.4.6 不同厚度的试样
• 2.5 性能测试
• 2.5.1 密度测试
• 2.5.2 力学性能测试
• 2.5.4 结构表征
• 3 结果与分析
• 3.1 含水量对淀粉发泡试样性能的影响
• 3.1.1 含水量对淀粉发泡材料密度的影响
• 3.1.2 含水量对纯淀粉发泡材料缓冲性能的影响
• 3.1.3 含水量对纯淀粉发泡材料弯曲强度的影响
• 3.2 PVA含量对淀粉发泡材料性能的影响
• 3.2.1 PVA含量对淀粉发泡材料密度的影响
• 3.2.2 PVA含量对淀粉发泡缓冲材料性能的影响
• 3.2.3 PVA含量对发泡材料弯曲强度的影响
• 3.3 纤维添加方式对发泡材料性能的影响
• 3.3.1 纤维添加方式对材料密度的影响
• 3.3.2 纤维添加方式对材料弯曲强度的影响
• 3.4 纤维-淀粉混配比例对发泡试样性能的影响
• 3.4.1 纤维添加量对淀粉发泡材料密度的影响
• 3.4.2 纤维添加量对淀粉发泡材料缓冲性能的影响
• 3.4.3 纤维添加量对淀粉发泡材料弯曲强度的影响
• 3.5 发泡剂含量对淀粉发泡试样性能的影响
• 3.5.1 发泡剂含量对复合发泡材料密度的影响
• 3.5.2 发泡剂含量对淀粉-纤维发泡材料缓冲性能的影响
• 3.5.3 发泡剂含量对淀粉发泡材料弯曲强度的影响
• 3.6 加工工艺参数对材料性能的影响
• 3.6.1 模压温度对淀粉发泡材料性能的影响
• 3.6.2 模压时间对淀粉发泡材料性能的影响
• 3.7 不同厚度的发泡试样的性能比较
• 3.7.1 不同厚度发泡试样密度的比较
• 3.7.2 不同厚度发泡试样缓冲性能的比较
• 3.7.3 不同厚度发泡试样弯曲强度的比较
• 3.8 材料的成型研究
• 3.8.1 成型结构单元的结构
• 3.8.2 成型结构单元的表观密度
• 3.8.3 成型结构单元的缓冲性能
• 4 结论
• 4.1 结论
• 4.2 创新点
• 5 展望
• 6 参考文献
• 7 攻读硕士学位期间论文发表情况
• 8 致谢