黄麻PHB可降解农用园艺花盆材料的热压成形工艺研究

刘志强

(广东职业技术学院，广东 佛山 528527)

引言

随着人们环保意识的增强，一种新的消费趋势正在形成，那就是消费者在购物时会把产品是否环保作为一种购买条件。将来使用可生物降解的花盆，对于花卉产业来说同样是不可回避的趋势，可以大大减少生活塑料用品对土壤的不可逆转的污染。虽然可降解容器的生产成本比塑料高，但是可降解容器可以直接种在土里，可以节约不少人力和时间，综合算下来也并不算昂贵，特别是使用在园林工程中，可以节约不少成本。另外它还有很多优点：干净、整齐、使用方便等，最重要的是它绝对环保材料，所以可降解容器的市场空间还是非常大的。虽然可降解容器现在还没有形成潮流，但它将成为未来的主流产品。故开发黄麻PHB纤维复合材料的绿色环保型花盆有着重大的意义。

1 实验设备原料及工艺

1.1 实验设备仪器及材料

本试验所使用的主要实验设备仪器和主要实验材料包括，开松机、梳理机、铺网机、针刺机、电热干燥箱、YA32-100四柱万能液压机、自制的花盆模具、绝热手套、脱模水、黄麻纤维、PHB粉末、NNO粉末分散剂、剪刀、直尺、电子称、玻璃棒、小孔眼的铁网筛子等等。

1.2 模具的设计

根据在目前园林绿化花卉市场上所使用的花盆外观，本实验设计了一种花盆模具，具体尺寸如图1-1和图1-2所示：

图1-1 模具上模的剖面图 图1-2 模具下模的剖面图

1.3 工艺特点

本试验主要是将黄麻毡和PHB粉末制压成复合材料花盆，其制作工艺具有以下特点：

(1)无环境污染，可完全生物降解、生产费用低、低能耗。

(2)生产复合材料所使用的工艺过程相对简单，工艺过程如下：

2 试验部分

2.1 非织造针刺黄麻毡的制备

黄麻纤维在开松机、梳理机、铺网机、针刺机等机械的作用下，使用干法成网和针刺加固的工艺方式获得黄麻毡原料。

将适量的黄麻纤维经过开松，梳理，成网工序，控制各机台工艺参数，可以得出不同规格的针刺黄麻纤维网。本实验采用了4种不同的工艺参数来生产非织造针刺黄麻毡。成网后的黄麻纤维网层先经过预针刺机接受预针刺处理，然后再经过主针刺机接受主针刺处理，从而得到的针刺黄麻毡。黄麻毡的正反面纤维的结构情况是不一样的，正面的麻纤维比较长，纹路不清晰；反面的麻纤维比较短，纹路也很清晰。但是黄麻毡表面都呈现出蓬松状，这样有利于PHB粉末的渗透，便于PHB粉末和黄麻毡的均匀混合。

2.2 黄麻毡与PHB粉末的复合

试验材料：针刺黄麻毡、PHB粉末、NNO粉末分散剂。

试验设备：剪刀、直尺、电子称、玻璃棒、小孔眼的铁网筛子、铁丝网、大小脸盆各一个溶器、电热烘箱。

本次试验所采用的是用水泡法将PHB粉末和黄麻毡均匀混合，由于PHB粉末不溶于水，而且PHB粉末颗粒大小各异，在水里主要沉聚在溶器的底部。使用NNO粉末分散剂的目的是使PHB粉末均匀地分布在水的各个层面。NNO粉末分散剂是和PHB粉末混合使用的，所采用的比例是1：10。

2.3 花盆的制备

本次试验使用的设备和材料是：

设备：YA32-100四柱万能液压机

材料：自制的花盆模具、绝热手套、脱模水、镊子、棉花、薄的小铁片、脱模水及黄麻毡PHB粉末材料式样在进行模压试验之前，要先对四柱万能液压机进行预热处理，需要把温度提升至170℃以上，因为这个是PHB粉末熔融的最低温度。如图2-2所示，在对液压机进行预热的同时对花盆模具进行预热处理。虽然铁的比热值相当大，但是花盆模具的各处厚度是不一样的，那么会导致在模压黄麻毡PHB粉末材料的时候，材料的受热温度不一致，必然会影响花盆的成型效果。若有些地方受热不够的话，PHB粉末不能熔融，那么就不能复合成黄麻PHB复合材料，若有些地方受热过多的话，那么黄麻纤维受到过长时间和过高温度的加热，致使黄麻纤维被烧焦，破坏黄麻PHB复合材料。

图2-2 预热处理 图 2-3 花盆模具 图2-4 复合材料花盆

在实验操作时候用花盆模具(如图2-3)模压出格大小为(如图2-4)所示的复合材料花盆。从图2-4可见，由花盆模具模压出来的复合材料花盆表面比较均匀，没有出现黄麻毡被拉伸破坏，裂纹，缺口等现象，花盆的性能和外观都得到了保障。花盆模具的脱模角控制得也很不错，模压成型后的花盆很容易就被取下，而且不破坏了花盆原本完整的外观结构。

本实验就重点以测试温度、时间和压力对黄麻毡PHB粉末混合材料模压成复合材料花盆的性能和外观成型的影响。测试选用的温度分别为175℃、180℃、185℃和190℃，所采用的黄麻毡PHB粉末混合材料的PHB粉末含量为20%。考虑到黄麻纤维的耐热温度和PHB粉末熔融温度的情况。在测试的时候，测试温度低的，采用模压时间长一点，再以模压出来的情况，为以后的测试温度定一个测试时间。模压的压力大小定为8Mpa和6Mpa。

3 数据的处理和分析

3.1 黄麻针刺毡的工艺参数选择

如下表3-1所示，为本次制备黄麻毡时所采用的四种不同的针刺参数：

表3-1 不同的针刺工艺参数

使用电子织物强力仪对以上A、B、C、D四种工艺参数所制备出来的黄麻毡做断裂拉伸测试，每种工艺参数各取五个试样，试样的规格大小为50mm×200mm，强力仪的试样夹持距离为100mm,夹头的下降速度为100mmmin。测试结果如表3-2所示：

表3-2 不同的针刺工艺参数黄麻毡的断裂拉伸结果

在电子称上称出每种工艺参数下得到的黄麻毡的平方米克重，每种工艺各取四个试样，试样的规格大小为200mm×200mm，所得数据结果见表3-3:

表3-3 不同工艺参数下黄麻毡的平方米克重(gm2)

从表3-2和3-3的数据显示所得，第三种黄麻毡成毡工艺参数是比较理想的，从这种工艺参数所得的黄麻毡厚度适中，而且具有比较大的抗拉伸能力，非常适合用来与PHB粉末混后压制成黄麻PHB复合材料花盆。

3.2 黄麻PHB复合材料的力学性能测试

3.2.1 黄麻毡PHB粉末混合材料的拉伸性能的测试数据及分析

为了测试黄麻毡PHB粉末混合材料在不同PHB含量时的机械性能，分别以不含PHB时、PHB含量为20%和PHB含量为40%三种工艺中获取黄麻毡PHB粉末混合材料，并对其机械性能进行测试，数据如表3-4所示：

表3-4

由表3-4可得在不同PHB含量下黄麻毡的性能差异对比，黄麻毡所受到的各项拉伸性能的大小差异比较大。PHB是影响黄麻PHB复合材料力学性能的主要因数，含量越多，越能提高黄麻毡的抗拉伸能力。但不是PHB的含量越多越好，从表3-4可得，含量越多，混合材料的被拉伸伸长能力越差，这样会不利于将混合材料模压成黄麻PHB复合材料花盆。

3.2.2 黄麻PHB复合板材的拉伸性能的测试数据及分析

用四柱万能液压机分别将PHB含量为20%和40%的黄麻毡PHB粉末混合材料压制成黄麻PHB复合板材，然后分别把试样裁剪成规格为200 mm×50 mm的长方形板材，试样数量均为5块。使用强力仪进行强力测试，强力仪的夹持距离为100 mm，强力仪的夹头下降速度为100 mmmin。测试结果如表3-5所示：

表3-5 黄麻PHB复合板材的拉伸性能测试

由上表数据可知，当黄麻PHB复合材料花盆的PHB含量为20%时，其已经具备足够大的抵抗外界条件影响破坏的能力，满足农用花盆用途的性能要求。故黄麻毡PHB粉末混合材料选择PHB的含量为20%是较为理想的。

3.3 花盆的成型与热压的时间、温度和压力的关系及其工艺的选择

下面表格中，表3-6、表3-7、表3-8和表3-9分别列出了在模压温度为175℃、180℃、185℃和190℃时，模压的时间和压力对花盆成型效果的影响。所采用的黄麻毡PHB粉末混合材料的PHB粉末含量为20%。

表3-6 模压温度为175℃时，时间和压力对花盆成型效果的影响

表3-7 模压温度为180℃时，时间和压力对花盆成型效果的影响

表3-8 模压温度为185℃时，时间和压力对花盆成型效果的影响

表3-9 模压温度为190℃时，时间和压力对花盆成型效果的影响

从表3-6、表3-7、表3-8和表3-9中各项数据可得，黄麻纤维的状态是影响花盆成型的主要因素，如果黄麻纤维结构被破坏，即使PHB粉末完全熔融与黄麻纤维结合，要模压的花盆也不会成型。其次就是PHB的熔融状态，只有PHB完全熔融了，要模压的花盆才会成型，而且不会影响花盆的外观。模压压力的大小对模压效果的影响似乎不大，只要在模压的时候给以一定的压力就可以了。至于模压的时间，这个是非常重要的，因为它和温度一样，直接影响着在模压时，黄麻纤维和PHB粉末的状态。所以在模压时，对温度和时间的选择要慎重和精确，不能随便和含糊。

4 小结

从上述的实验可知，用黄麻纤维和PHB材料是可以生产制作出黄麻PHB复合材料可生物降解花盆的。影响黄麻PHB复合材料可生物降解花盆的使用性能的因素有很多，包括了黄麻毡本身的机械性能，黄麻毡和PHB粉末混合的均匀程度，PHB粉末是否能均匀溶解等等。由于实验条件的限制，本实验的热压成形工艺还是有比较多的缺陷和不足的，但是随着科技的不断发展，这种缺陷和不足会得到很好的改善。