(复合材料纸管)

第1页共22页1.概述该部分主要介绍纸管的特点、应用，目前存在的问题，开展课题研究的意义。2.设计任务分析该部分主要对各自的设计任务进行分析，分析设计任务的要求特点。3.复合体系的选择该部分从设计任务的特点出发，选择采用什么样的办法进行这种复合材料纸管的制备，有什么优点和什么缺点，最后确定了什么样的方案。4.纸管配方的设计及原材料的选择根据复合体系，进行配方设计，并对原材料进行选择，并且说明选择每一种原材料的理由。5.纸管成型工艺方法的设计及选择根据复合体系，进行成型方法的设计与选择，包括一般有哪些成型方法，各有什么特点，最后选定了什么样的方法，以及选定方法的理由。6.纸管表面防水（防油）处理的设计一般纸制品防水（防油）处理的方法，各有什么优缺点，最后选定什么样的方法及选择的理由。7.样品制备及性能检测进行试验样品的制备，并按照什么标准或方法对样品进行相关性能的测试，不需要进行实际测试，只是找找相关方法和数据说明已经达到了设计任务书的要求。第2页共22页第一章概述1.1纸管的概念纸管：纸用纸张加工成的管状的物体。大多纸管为螺旋纸管和无缝纸管。1.2纸管主要特点由于是以纸为主要原料，故回收处理容易；保护性能优良可防水、防潮，有一定的隔热效果；无臭、无毒、安全可靠，特别适用于食品包装；可充填各种形状的商品，且充填时噪音小；可承受正压和负压，可用于真空或充氮包装；造型构多样，外层可进行彩印，具有良好的陈列效果；质量轻，只有铁罐的30％，流通容易，使用方便，价格较低。纸管在生产和生活中的用途越来越广泛，不同的纸管有哪些应用和特色呢？1、高强纸管:抗压强度高,表面缝隙稳定,广泛用于造纸、薄膜等大型卷绕行业.其突出优点是适用高速度、大承量的卷绕,性价比高。2、小壁厚纸管:壁厚薄,端面平整,长度精确,适合粘胶带、保鲜膜、医疗等行业.3、氨纶纸管:几何尺寸和重量精确、高强度,可专业开槽、进口设备自动生产、质量优异、产能巨大,适合氨纶丝等卷绕使用.在纺纱过程中，氨纶的预牵伸倍数是一项重要的工艺参数，它影响包覆纱及织物的弹性，又影响包覆纱的强伸度，条干均匀度和蠕变性能。氨纶的预牵伸倍数过小，不能充分发挥弹力织物面料弹性好的优势，牵伸过高时纺纱困难，又容易引起断丝，产品质量随之下降；另外氨纶丝的百分含量也影响包覆纱的弹性，含量高，弹性好。在氨纶丝规格一定的情况下，增大牵伸倍数，氨纶丝的百分含量降低，即氨纶的预牵伸倍数与成纱氨纶的百分含量成反比。4、铁头纸管:端部用铁头加强,满足周转和回收使用需求,提高性能节约成本.第3页共22页1.3纸管的用途化纤工业用管:DTY管、POY管、FDY管、锦纶管、氨纶管、氨纶包覆纱管。薄膜工业用管:BOPP、PET、PVC、BOPA、CPP、农用地膜、保鲜膜、缠绕膜、塑料袋用管（超市用）、镀铝膜、电工电容膜、丙膜印刷工业用管:主要应用于卷桶印刷、薄膜印刷、纸张印刷造纸工业用管:新闻纸、纱管纸、白板纸、传真纸、票据纸、水松纸、铝泊纸、书写纸、彩色羊皮纸、口杯纸、利乐保鲜纸、其他冶金工业用管:铝板、钢板、铁板等卷材包装用管:医疗器械、书画、食品罐等外包装测温用纸管:钢水测温一次性热电偶取样器用纸管:传真机用纸管电池纸管桥梁建筑用管1.4纸管的优点1.可制作性可以制作成各种形态的以及各种规格的产品，产品的塑造性的比较好。2.纸管作为一种日常用品的包装盒，可以为产品提供更多的色彩以及产品信息，纸管在现在的日用品的公司已经是一种必不可少的首选装饰品。3.纸管在进行图案设置的时候采用的是哑胶设计，使得所盛装的产品的更加精致高档，并且对于公司的形象化的设计很有帮助。4.纸管是由白纸制作承德，所密封的盖子设计成卷边的形状，这种产品的主要的优点就是环保，抗压，所以在运输的过程中，纸管也不用担心被压坏的危险。第4页共22页第二章复合材料纸管制备由于我国森林复盖面积小，用于制浆造纸的木材有限等资源问题。承受正压或负压的能力差，防腐能力防水防潮功能差。由于纸管存在以上缺点不能更好的应用我们的日常生活，科研人员经过大量的工作研发了复合纸管。2.1复合纸管复合纸管就是用粘合剂将纸、纸板与其它塑料、铝箔、布等层合起来，得到复合加工再加工成的管状的物体。复合纸管不仅具有可承受正压或负压,可用于真空或充氮包装；造型结构多样外层可进行彩印具有良好的陈列效果；质量轻,只有铁罐的30%,流通容易,使用方便,价格较低等优势。因为纸管应用了复合材料所以大量的减少了木材的消耗。有利于人与自然的和谐相处。2.2设计任务分析2.1.1制作复合纸管有以下两种方式1、先制复合纸材料再制纸管。即：先制备复合材料的纸张在用纸张加工成的管状的物体。2、先制纸管再加复合材料。即：先用普通纸张加工成的管状的物体再在上面添加复合材料。2.1.2复合体系的选择从设计特点出发我选择先制纸管再加复合材料，这样做的优点是工艺简单、制备方便、经费投资少收益高、适合小规模连续生产。缺点是复合材料和纸管结合能力不强结构不紧凑，不适宜大规模生产。我们主要是为了研究复合纸管的性能所以选取先制纸管再加复合材料。第5页共22页2.1.3组分材料的选择复合材科是由两种或两种以上具有不同性质的材料组合而成的一种多相材料。每种组成材料称为复合材料的组分。其中具有包容性质的组分称为基体材料(简称为基体)，而被包容的材料称为增强材料。下面就复合缠绕纸管的增强材料和基体材料进行选择确定。2.1.4增强材料选择增强材料是指在复合材料中起着增力口制品强度、改善制品性能'的重要组分。复合材料的增强材料主要根据其物理形态可分为:纤维、颗粒和晶须等。纤维增强材料又可根据其组成成分可分为:无机纤维和有机纤维两个大类。天机纤维分为玻璃纤维、碳化硅质纤维、碳纤维、氧化铝纤维、硼纤维等。有机纤维义分为:芳纶纤维、聚烯烃纤维和尼龙纤维等。2.1.5增强材料的种类1.玻璃纤维增强材料玻璃纤维的的密度较有机纤维大，但比一般金属的密度低，与铝的密度相当。玻璃纤维是纤维增强复合材料中使用最广的增强材料，其具有成本低、耐热、耐化学腐蚀性好、不燃烧、拉伸强度、冲击强度高及断裂伸长率小等特点。2.碳纤维增强材料碳纤维的性能与碳很相似，对一般的酸碱具有较强的惰性。在空气中，温度高只有当温度高于400℃时，才会出现明显的氧化过程。在不具备氧化环境条件时，碳纤维表现出超强的耐高温性能。3.碳化硅质纤维增强材料碳化硅质纤维增强材料具有与金刚石相同的结构形式，而且具有良好的热稳定与导热性能，其密度低、强度与刚度高，是复合材料中很具吸引力的增强材料。虽然如此，但是碳化硅质纤维增强材料规模化使用还有大量的研究工作有待开展。芳纶纤维增强材料20世纪70年代，杜邦公司开发出芳纶(Kevlar)纤维增强材料。目前，作为商品生产的合成纤维，与传统合成纤维相比，其强度与弹性模量都有明显的提高芳纶第6页共22页的聚合物原材料为聚P次苯墓对酞酸酸胺，简称PPT，其分结构如下:由于芳纶纤维优异的性能，所以在多个领域得到了商业性的应用。4.硼纤维增强材料氮化硼增强材料因其具有良好的绝缘性、热稳定性、耐腐蚀、导热性及高温下较高的机械强度等特点，在机械、电子、航空航天和冶金等多个领域得到广泛应用。但是，由于氮化硼增强材料制备过程复杂，涉及的反应和影响因素较多，使其在实际应用上受到较大限制5.晶须随着复合材料的飞速发展，特别是对短纤维以及金属基复合材料需求的日益增多，晶须随之出现，并很快应用于工业化生产当中。晶须主要有SiCW,Si3N}W.硼酸铝品须、钦酸钾晶须、氧化锌晶须、石墨晶须。2.2增强材料的确定增强材料作为复合缠绕纸管中的主要支撑、受力的骨架材料，它的性能直接影响到复合缠绕纸管的宏观力学性能，所以，增强材料的选择对复合缠绕纸管来说至关重要。不仅如此，在选择增强材料时，还因考虑复合缠绕纸管的成型效率，以及复合缠绕纸管爆燃作业后的残留等。当然作为工业产品，其生产工艺、制造成本等经济因素也是必须考虑的。通过对上述增强材料的性能参数对比，以及对市场相关材料的调研，并深刻分析了复合缠绕纸管的特殊工况要求，选定了青壳纸作为复合缠绕纸管的增强材料，主要还考虑有以下因素:1.青壳纸具有较强的力学性能，有助于复合缠绕纸管的获得较高的强度。第7页共22页2.青壳纸燃烧性能良好，有助于复合缠绕纸管在井筒内完全燃烧，而且不产生对地层污染的成分，便于作业通道的形成。3，青壳纸缠绕纸带的加工工艺简单，宽度调节方便。4.青壳纸成本低廉，能较好的控制复合缠绕纸管的原材料成本。2.2.1基体材料的选择基体材料可分为树脂基体、金属基体、陶瓷基体及碳素基体四类。1.树脂基体树脂基体可分为热固性树脂和热塑性树脂两个大类。常用的热固性树脂有环氧、酚醛树脂和聚酷树脂等，它们是最早应用于复合材料成型的基体材料。其中以环氧树脂应用最为广泛，其主要优点是粘结力强，与增强材料的表面浸溶性好，固化收缩小，有较高的耐热性，固化成型方便。酚醛树脂具有耐高温性好，吸水性小、电绝缘性好，价格低廉的优点。聚醋树脂工艺性好，可室温固化，成本低廉，但其在固化时收缩大，耐热性能低。热固性树脂均存在固化后不能软化的特点。常用的热塑性树脂有聚乙烯树脂、聚苯乙烯树脂、聚酞胺树脂、聚碳酸醋树脂、聚丙烯树脂等。热塑性树脂均存在加热到转变温度时会重新软化、有利于制成模压复合材料。表2.1给出了几种常用树脂的性能。第8页共22页2.金属基体金属基体材料主要应用于耐高温或者其他特殊需要的工况，其具有耐300℃以上高温、表面抗侵蚀、导电导热、不透气等诸多优点。这类基体主要包括铝、铝合金、镍、镁、铜、钦合金等，通常应用较多的是铝，有碳纤维铝基、氧化铝品须镍基、硼纤维铝基等复合材料。第9页共22页第三章方形纸管工艺在全球节能、环保、低碳的背景下，广州海方纸制品科技有限公司花了8年时间研发的方形纸管设备，终于在2011年拿到了国家专利发明证书；随着这一技术在不同行业的广泛运用，方形纸管的优越性能在不同领域开始显露锋芒。3.1方形纸管托盘托盘是用于集装、堆放、搬运和运输，放置作为单元负荷的货物和制品的水平平台装置。由于托盘能提高工厂工作效率，降低人工成本，越来越多的企业采用托盘作为其物流仓储设备。在20世纪80年代以前几乎是木质托盘一统天下（每只木制托盘耗用0.05m³木材）。随着人们社会环保意识增强，节能、环保、低碳成为新的主流发展方向，其他材质的托盘相继问世，比如纸浆模塑托盘、纸托盘、塑料托盘、填充塑料托盘、金属托盘等；方形纸管托盘作为托盘领域中一种全新创新技术，凭借其质轻、防潮、硬度高、承载力强、而且环保免检等优势，开始大规模进军托盘业。托盘市场已有纸托盘，方形纸管托盘与传统纸托盘都是纸制品出身，这两者而言，方形纸管的优势体现在哪里呢？第10页共22页3.1.1工艺与装配传统纸托盘工艺包含两种技术：蜂窝技术与瓦楞技术。瓦楞纸是由多层波浪形芯纸夹层（俗称“坑张”或“瓦楞纸”）及多层纸板（俗称“牛皮咭”）构成，从结构力学的角度来分析，瓦楞纸板的这种典型结构使它具有很强的机械强度，能抵受搬运过程中的碰撞和摔跌，在制作托盘的过程中，一条托盘的腿，至少需要经过多道环节的沾粘才能完成，其复杂的工艺与装配流程，限制了其发展的速度，蜂窝技术在工艺与装配过程与瓦楞技术存在同一问题。而方形纸管托盘，作为其承重的托盘腿，亦或是承重的托盘面，其原材料都是由设备一道完成，可以做到量产。3.1.2抗潮与承重传统瓦楞与蜂窝技术的纸托盘，由于其材料结构暴露在空气中，容易受阴雨等南方天气影响，吸收潮气，其承重力随之都会受到严重影响。方形纸管技术最大的特性在于其特殊的框架结构，所用纸张经设备高压压制形成无缝隙的方形纸管，不容易受天气影响吸收空气中潮气，从结构学的角度，框架结构在承重力上是很容易实现高强度的载荷，只要改变纸张克数要求即可实现与木的载荷一致。市场上塑料托盘、木托盘、纸托盘、金属托盘各占据一方市场，方形纸管托盘与塑料、金属、木托盘对比优势见下表。第11页共22页由于方形纸管托盘具备了传统纸托盘的质轻、环保、韧性好等特点，又能达到木托盘和塑料托盘的防潮、硬度高、承载力强的