拉伸模式下淀粉塑料的塑性和屈服行为开题报告

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1. 研究目的与意义

塑料以其来源丰富、产品美观、质轻、卫生、加工方便等特点而广泛应用于国民经济各部门和人民生活各领域，同时也给人类赖以生存的自然环境造成了不可忽视的负面影响。为了解决严重的白色污染问题，发达国家都很重视其替代材料的研究，近年来更强调采用天然原料来制造降解塑料。其中淀粉是一种来源丰富、价格便宜的天然高分子物质，也是一种取之不竭的可再生资源，能在多种环境下被生物降解，最终降解产物CO₂和H₂O可通过光合作用进行再循环，不会对环境产生任何污染。

本文对热塑性淀粉塑料（TPS）进行讨论，简述了淀粉塑料的定义、分类及其特点、介绍了国内外在这一领域的最新进展与研究成果，指出了淀粉塑料目前存在的问题以及今后发展方向，旨在寻找一种硬而韧的淀粉塑料。

2. 国内外研究现状分析

塑料作为使用最广泛的材料，其按体积计算已经居于世界首位。面对如此大的白色污染，寻找对环境友好的塑料已经迫在眉睫。20世纪中叶以来，各国科学家利用淀粉的接枝共聚制备了很多具有热塑性的共聚物，且具有微生物降解能力，因而引起从事降解塑料的科学家们极大关注。20世纪70年代以来，欧美和日本等国提出了降解塑料的概念，近30年来开发了一系列塑料可降解产品，其中淀粉塑料约占2/3，这也充分说明了淀粉塑料开发与研究的重要性与必要性。

我国降解塑料的研究起步较晚，开始于20世纪70年代后期，20世纪90年代才掀起研究开发的热潮。初期集中在农地膜的研究和开发，20世纪90年代初就开展了全淀粉基热塑性塑料(tps)的研究，研究热点转向塑料餐具、包装袋和垃圾袋,这一时期已开发出部分技术经济较好的产品。发达国家如美国等发展淀粉塑料不仅为解决白色污染，而且也希望减少对进口石油的依赖和节省石油，开辟玉米淀粉的应用途径。

无论国内国外，大多数研究都是以玉米淀粉为原料。一是因为美国是玉米和玉米淀粉的主要生产国，淀粉基可降解塑料的研究开发从美国开始；二是因为人们对玉米淀粉的特性做了大量的研究；三是因为玉米淀粉已经形成大规模工业因而价格便宜。

3. 研究的基本内容与计划

本实验研究的主要内容是非晶高聚物典型的应力-应变曲线以屈服点y为界，可以大致分为两个部分。屈服点是高聚物在卸载后还能完全保持弹性的临界点，相应于屈服点y的应力称为高聚物的屈服强度或屈服应力σ_y。屈服点以前，高聚物在弹性区域，卸载后形变能全部回复，不出现任何永久变形。屈服点以后，高聚物进入塑性区域，具有典型的塑性特征。卸载后形变不可能完全回复，出现永久变形或残余应变。

因此，实验以拉伸试验中拉伸速率、温度为变量对其力学性能进行研究，比较各组的应力-应变曲线，采用埃林理论进行拟合，研究tps的拉伸屈服应力在不同温度下与应变速率的关系，旨在寻找一种硬而韧的淀粉塑料。

计划分别称取450g天然淀粉和150g甘油，通过双螺杆挤出机塑化挤出、冷却造粒，再用注塑机注塑成哑铃状样条。然后利用微机控制电子万能试验机对哑铃型样条进行力学性能测试，每种实验条件测量5组样品，分别研究屈服应力的应变速率依赖性以及屈服应力和屈服应变的温度依赖性。

4. 研究创新点

本次研究课题的特色与创新之处在于制备全淀粉型塑料，仅以甘油作增塑剂，不添加任何光引发剂或纤维素改性等。改变拉伸速率或温度，以此为变量研究拉伸模式下淀粉塑料的塑性和屈服行为，并采用埃林理论进行拟合与解释，探究其最佳适用条件。