木塑复合材料的流变性能研究（1）开题报告

全文总字数：2069字

1. 研究目的与意义

木塑复合材料（wood-plastic composites,缩写为wpc）主要是指以天然纤维(木屑、秸秆、稻壳、竹材、麻秆等)和热塑性聚合物(聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯、聚丙烯等)为原料，添加相应助剂，经过挤出、注塑、模压等方法制得的一种新型材料。木塑复合材料既能充分发挥材料中各组分的优点，又能克服因木材强度低、变异性大以及有机材料的低弹性模量等使用缺陷造成的使用局限性，并能改进材料的力学性能和加工性能，降低成本并扩大其应用范围，提高材料的附加值。

流变学是研究材料流动与变形的科学。高聚物流变学以它多样的物理形态为研究对象，通过实验和理论分析的方法，建立材料流变状态本构方程。建立变形和流动的基本参量，与各种物理量的函数关系。更进一步运用质量守恒、动量守恒、能量守恒方程和泰维-斯托克斯方程来预测和解释高分子材料科学和工程中规律性的物理现象。将高聚物的微观结构和形态，建立起流变学研究的模式，探究高聚物体系的流变性能，解释分子微观结构形态与宏观性能存在的联系。

目前，木塑复合材料的研究工作主要集中在对木纤维和塑料基体相容性的改进、提高界面粘接力、改善力学性能以及进行阻燃改性等方面。木塑复合材料的流变行为复杂，影响因素很多研究不同因素对木塑复合材料流变性能的影响，对于指导复合材料的成型加工过程有重要意义。

2. 国内外研究现状分析

同世界先进国家相比，我国的聚合物流变学研究起步很晚，这主要是由于合成高分子材料在我国的发展很晚，直到20世纪中后期，我国才有小规模的高聚物生产装置，此后几年得到较快发展，但所生产的产品在用于成型加工时总是不能达到国外类产品的水平。

20世纪80年代后期，伴随世界合成高分子材料的迅猛发展，我国的流变学研究也得到了较快发展，并且成立了流变学会。但同欧美发达国家相比，还处于落后的地位，这是由我国科研、生产的状况造成的。首先，我国科研院所目前所从事的研究工作大多还处于模仿国外技术阶段，很多产品国外已批量工业化生产，产品性能、技术指标、生产工艺都有文献报道，可直接用于指导生产，或者用来作为产品评定的标准，不用进行细致的流变、力学等研究，当然这也从一个侧面反映了我国科研水平还处于一个较低的层面。其次，我国大规模连续生产设备及生产工艺多由国外引进，直接生产，缺乏专有技术，因此对工艺的调试、改进大多照搬国外的方法，或者以经验为主，缺少有说服力的理论基础。当然，随着我国高分子材料的高速发展，相关科研机构对新品开发及产品差别化投入的加大，我国高分子理论的研究会得到极大地推动流变学的研究也会得到进一步发展。

木塑复合材料在西方发达国家已经实现了产业化。虽然10年来在我国木塑行业中可以说木质复合材料是发展最快，研究最热的一个类别，但与之相比，标准化建设工作却举步不前，大部分木塑产品没有标准对其产业化进行指导和规范。从目前国内木塑复合材料生产企业的生产状况来看，具有大型生产规模的厂家不多，由于缺乏资金而无法引进国外的一些先进生产设备，使得很多小型的木塑复合材料生产企业大多使用塑料生产机器的改装设备，这样虽然降低了设备投入，但也降低了木塑复合材料的产品质量，并且国内基本上采用的是挤出成型生产工艺，注射成型工艺的研究和应用都还有待推进。

3. 研究的基本内容与计划

利用聚合物流变学的基本理论，对木塑复合材料的流变性能进行测试和研究。利用熔融指数仪研究木塑材料的熔体质量（体积）流动速率；利用单螺杆挤出毛细管流变仪测试研究不同配方的聚丙烯（或聚乙烯）木塑复合材料熔体的不稳定流动以及熔体破裂现象，测定熔体表观剪切粘度、法向应力差、熔体密度等流变学参数；利用密炼转矩流变仪流变仪测试研究木塑材料的流动、塑化、热、剪切稳定性；利用动态热机械分析仪（dma）测试木塑材料的储能模量（刚性）、损耗模量（阻尼）、粘弹性、蠕变与应力松弛、玻璃化转变、软化温度、二级相变等参数。

第1周：查阅资料，文献综述和开题报告。

第2-3周：准备实验原料和仪器

4. 研究创新点

通常实验室用于高聚物流变性能研究的仪器主要有：挤出式流变仪（毛细管流变仪、熔体指数仪）、转动式流变仪（同轴圆筒粘度计、门尼粘度计、锥板式流变仪）、压缩式塑性计、振荡式流变仪、转矩流变仪以及拉伸流变仪等。本实验利用熔融指数仪研究木塑材料的熔体质量（体积）流动速率；利用单螺杆挤出毛细管流变仪测试研究不同配方的聚丙烯（或聚乙烯）木塑复合材料熔体的不稳定流动以及熔体破裂现象，测定熔体表观剪切粘度、法向应力差、熔体密度等流变学参数；利用密炼转矩流变仪流变仪测试研究木塑材料的流动、塑化、热、剪切稳定性；利用动态热机械分析仪（DMA）测试木塑材料的储能模量（刚性）、损耗模量（阻尼）、粘弹性、蠕变与应力松弛、玻璃化转变、软化温度、二级相变等参数。