[发明专利]一种基于宏微观协同应力传导的淀粉-纤维发泡材料性能调控及分析方法

说明书

本发明属于全降解发泡材料领域，涉及一种基于宏微观协同应力传导的淀粉‑纤维发泡材料性能调控及分析方法，包括：将热塑性淀粉、碱处理后纤维混合均匀，得到复合浆料；将所述复合浆料热压发泡成型，得到淀粉‑纤维发泡材料；通过改变纤维长度调控发泡材料的力学性能、疏水性能和降解速率。本发明通过改变采用纤维的长度来进行淀粉‑纤维发泡材料性能的调控，并从宏观‑微观协同应力传导角度，提出综合浆料流变性、发泡机理与应力传导三个方面的淀粉‑纤维发泡材料性能变化分析方法。并通过实验测试不同长度纤维制作的淀粉‑纤维发泡材料性能变化，结果显示长纤维制作的材料泡孔更加的均匀，力学性能提升，表面更光滑。

技术领域

本发明涉及全降解发泡材料领域，具体涉及一种基于宏微观协同应力传导的淀粉-纤维发泡材料性能调控及分析方法。

背景技术

公开该背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解，而不必然被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已经成为本领域一般技术人员所公知的现有技术。

随着人们环保意识的提高和限塑的实施，大量石油基包装产品将被市场淘汰。淀粉基和纤维基材料因其资源丰富、成本低、可自然降解、有害物质少而成为研究热点。

由于天然淀粉基复合材料无法满足各种产品的要求，人们探索了各种添加剂对复合材料性能提高的影响。例如，通过添加增塑剂提高了复合材料的缓冲性能；构建表面疏水结构或涂覆防水涂层来实现疏水性；通过添加氢氧化镁增强阻燃性。然而，这些改性只增强了复合材料的单一性能，甚至削弱了其在其他方面的性能。为了同时提高多种性能，人们通过添加填料或成核剂改变复合材料的结构。填料的加入不仅可以改变淀粉的结晶度，还可以使纤维与淀粉的结合更加紧密；成核剂的使用使复合材料获得更均匀的泡孔结构，这是影响缓冲复合材料性能的一个重要因素。然而添加此类添加剂将导致材料消耗量增加并引入非环保元素，这会破坏材料的环保性。

为了找到更好的方法来改善复合材料的性能，人们使用纤维作为增强材料，探索了纤维长度、含量和分布对复合材料的影响。Li u等将长竹纤维与短甘蔗纤维混合并处理，形成交织的网状结构，以获得具有良好机械性能的复合材料。Yu 等发现，不仅不同种类纤维制成的复合材料的性能不同，相同纤维制成的不同尺寸或含量的复合材料的性能也不同。结果表明，纤维的长径比越大，纤维表面与材料之间的结合越紧密。Graupner等发现纤维长径比与材料中纤维直径的平方成线性关系。此外，纤维直径越大，韧性越差，弯曲时越容易破坏，从而导致抗拉强度降低。

然而，目前的研究大多是关于纤维对其他非淀粉或非发泡材料性能的影响，纤维长度对淀粉-纤维发泡材料性能的调控作用研究尚少。而且，在以往对淀粉- 纤维发泡材料的改性研究中，力学性能变化的原因往往只从氢键的微观方面进行分析。

发明内容

针对上述现有技术存在的不足，本发明通过改变采用纤维的长度来进行淀粉 -纤维发泡材料性能的调控，并从宏观-微观协同应力传导角度，提出综合浆料流变性、发泡机理与应力传导三个方面的淀粉-纤维发泡材料性能变化分析方法。并通过实验测试不同长度纤维制作的淀粉-纤维发泡材料性能变化，结果显示长纤维制作的材料泡孔更加的均匀，力学性能提升，表面更光滑，但疏水性不如较短纤维制作的发泡材料。

为实现上述技术目的，本发明采用如下技术方案：

本发明的第一个方面，提供了一种基于宏微观协同应力传导的淀粉-纤维发泡材料性能调控方法，包括：

将热塑性淀粉、碱处理后纤维混合均匀，得到复合浆料；

将所述复合浆料热压发泡成型，得到淀粉-纤维发泡材料；

通过改变纤维长度调控发泡材料的力学性能、疏水性能和降解速率。

研究发现：对于淀粉纤维基发泡材料，长纤维的宏观应力传导效应不容忽视。