木塑复合材料动态粘弹性研究

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木塑复合材料是一种新型的环保性复合材料,以废弃塑料和生物质加工剩余物作为加工原料,可在森林资源缺乏之际有效地缓解木材供应紧缺的矛盾。木塑复合材料兼备了塑料和木材两者的优良性能,其生产发展和应用范围逐渐扩大,研究木塑复合材料的粘弹性,探究其粘弹性能,可为其正确合理使用提供科学依据,有利于木塑产业的持续健康发展。本研究以PVC基微发泡木塑复合材料为研究对象,按照试验设计的方案制备试样,利用动态热机械分析仪(DMA)测试5种不同竹粉添加量的PVC基微发泡木塑复合材料的动态粘弹性。研究结果表明:(1)本实验研究范围内,木塑复合材料的线性粘弹区为0~0.02295%,其临界应变和临界应力随温度的升高呈现下降趋势,木塑比对临界应力和临界应变的影响较小。(2)随着竹粉添加量的增加,储能模量曲线和损耗曲线逐渐上移,当竹粉添加量增加至45%的时候,复合材料的储能模量和损耗模量最大,竹粉添加量继续添加至50%,储能模量和损耗模量减小。损耗因子模量曲线随着竹粉添加量的增加逐渐上移,竹粉添加量增加至50%,损耗因子最小。峰值随着竹粉添加量的增加而减小,达到峰值的温度则升高,半峰宽值相近,都为14.5左右,45%竹粉添加量的复合材料半峰宽值比其他复合材料的略大,30%竹粉添加量的复合材料略小。(3)当温度≤60℃时,竹粉添加对复合材料的储能模量下降速率的影响很小;当温度在60-70℃范围内,竹粉添加量对储能模量的影响更为显著,随着竹粉添加量(≤45%)的增加,储能模量的下降速率增大,竹粉添加至50%反而减小;当温度>70℃时,储能模量下降速率随着竹粉添加量增加而增大。当温度≤60℃时,竹粉添加对复合材料的损耗模量上升速率的影响很小;当温度在60℃-峰值温度范围内,竹粉添加量对损耗模量的影响更为显著,随着竹粉添加量的增加,损耗模量的上升速率减小;当温度超过峰值温度范围内,而损耗模量下降速率则随着竹粉添加量的增加而减小。(4)在测试温度和测试频率范围内,随着频率的增加,复合材料的储能模量增大,且玻璃态时对频率的依赖性比橡胶态时更强。随着频率的增加,损耗模量曲线向高温移动,频率对损耗模量的影响在70~90℃范围内比较显著,玻璃化转变温度随着频率的增加而升高。损耗因子随着频率的增加和竹粉添加量的增加逐渐减小,峰略向高温方向移动,且峰值降低。(5)五种木塑复合材料的储能模量和损耗模量频率主曲线都比较光滑,跨越了将近20个数量级的频率范围。利用时温等效原理获得较光滑的频率主曲线表明这一原理对于此复合材料体系的适用性,在低频和高频范围内,储能模量和损耗模量的曲线都比较平稳。60℃之前,竹粉添加量对移动因子影响略明显,当温度逐渐升高,竹粉添加量对移动因子T的影响逐渐减弱。(6)木塑复合材料在交变载荷作用下主要以基体和竹粉填料的本征阻尼、界面阻尼和气体热阻尼形式耗散能量。其中以基体和竹粉填料的本征阻尼为主,随着竹粉添加量的增加而逐渐减小,气体热阻尼亦然。界面阻尼则随着竹粉添加量的增加而增加。
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