第1章绪论
1.1课题研究背景
随着社会节奏的加快，一次性餐饮具越来越多的应用到人们的日常生活。现阶段市场上可见的一次性餐饮具的成分主要是塑料。塑料作为一种新材料，具有质轻、坚实耐用、易加工、性能良好、价格低廉等优点，其用途已经渗透到国民经济的各个部门和人们生活的各个方面。然而塑料在给人们生活带来便利的同时，也给人类赖以生存的自然环境造成了严重影响，引发“白色污染”。所谓的“白色污染”是指用聚苯乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯等高分子化合物制成的各类生活塑料制品使用后被弃置成为固体废物，由于随意乱丢乱扔，难以降解处理，以致造成环境严重污染的现象。
大量使用非降解包装材料带来了严重的后果，其废弃后造成的“白色污染”对环境产生了严重的污染。尤其是塑料类“白色垃圾”质量轻，收集困难，回收利用价值低、成本高，并且难以降解，在自然状态下可存在200年以上。目前消除“白色垃圾”大量采用焚烧的方法，但在焚烧过程中会产生包括二氧化硫在内的多种有毒有害气体，对大气造成二次污染;掩埋虽然可以暂时处理“白色垃圾”，但随着时间的延长，塑料制品中的有毒物质就会分解，渗入地下，造成严重的土壤污染和水污染;其生产过程中使用的氟利昂类发泡剂，还会严重破坏大气臭氧层，造成温室效应。大量发泡塑料制品的制作原料是聚苯乙烯，所用的发泡剂是氟里昂，它里面还含有二恶英及其它一些有毒物质。最新的调查显示市场上大部分一次性餐具含有工业碳酸钙，工业石蜡超标百倍，当温度超过65℃以上时，一些毒素和二氧化硫就会析出并渗入食品中，对人的肝脏、肾脏、生殖系统、中枢神经系统造成损害，甚至可能致癌，被称为最易被人忽视的隐形毒药。作为生活垃圾的废塑料制品和遗留在土壤中的废塑料地膜散落在田野或填埋进入土壤后，会影响土壤透气性、阻碍水分流动和作物根系发育，影响土壤内的物、热的传递和微生物生长，影响农作物吸收养分和水分，导致农作物减产。据调查，每亩地若含残膜3.9千克，就可使玉米减产11%-23%，小麦减产9%-16%。塑料的碎屑混入土壤中，长期不能降解，会破坏土壤的团粒结构，使毛细管体系紊乱，导致深层土质劣化，上百年不能恢复，进而破坏地球生态平衡，最终威胁到人类生存。
在所有塑料制品中，与人们的生活及生命健康息息相关的当属餐具。然而目前一次性餐饮具使用的材料大部分仍为一次性发泡塑料。一次性泡沫塑料餐具是由石油中提取的聚苯乙烯加上发泡剂加热发泡而成的。当今世界食品行业广泛使用的一种可回收的便利餐具1985年从国外引入我国。聚苯乙烯泡沫塑料餐具分为PS模塑餐具、PSP吸塑餐具和高档复合吸塑餐具(聚苯乙烯发泡片材和彩印BOPS薄膜复合)3种191。1999年我国作为一次性泡沫塑料餐具原料的聚苯乙烯片材生产线就已有170多条，餐具销售量达到160亿只。2005年，全国有聚苯乙烯片材生产线达200条以上。目前餐具年销售量达到280亿只以上(含餐盒、面碗、杯盘)。全国每年快餐盒用量为120亿只，其中各种环保餐盒年销量仅为34亿只，占一次性快餐盒生产销售使用量的28.33%;Ps发泡餐盒为86亿只，占一次性快餐盒生产销售使用量的71.67%。聚苯乙烯餐盒在市场上的平均占有率达70%以上。可见，一次性泡沫塑料餐具在一次性餐具市场上仍占有较大的比重。图1-1为2002年世界各国作为包装材料的一次性餐饮具的需求量。
目前我国广泛使用的一次性塑料制品大都由石油提炼而来，而石油属不可再生资源，据估计，以当前的开采能力计算全球的石油资源仅仅还能开采40余年。我国的石油进口量位列美国之后，是世界上的第二大石油进口国，随着油价的持续上涨和国际环境的紧张，石油将成为制约我国经济发展的一个瓶颈。
第2章成型模具设计
成型模具是生物质全降解一次性餐饮具生产线成型工序中必需的功能单元，是整个生产线最为关键的设备之一，其性能、设计、功能直接决定着产品的质量、合格率等一系列重要指标，关系到整条生产线的稳定性、可靠性。
2.1生物质产品的成型过程
将定量的湿料置于金属对模中，在一定的温度和压力作用下使模压料熔化(或塑化)、流动并充满整个模腔，最终使物料发生固化反应而脱模成型。由于高温高压的作用使得餐具在成型时会粘附在模具上，因此为了使餐具与模具易于脱离，改善模压制品的脱模性能，一般需使用脱模剂。高温高压的物理作用是使物料在模具中处于蒸煮状态。由于高压和运动摩擦产生的高温足以使物料得到蒸煮而被糊化，此时称为“粘流阶段”。继续提高温度，使模压料中的固化剂发生化学交联反应，分子量增大。当分子交联形成网状结构时，流动性很快降低直至表现一定的弹性。再继续受热，化学反应继续进行，交联反应进一步增加，最后失去流动性而变为不溶不熔的体形结构，达到了“固化阶段”而成型。而机械能的输入使部分粉粒开始熔化，因而水溶性也大大提高，增加了物料的水溶剂渗透性，物料粘度、亲和力和成型性能进一步得到改善。
第3章 成型模具结构静力学分析....................... 32-48
3.1 有限元分析方法概述..................... 32-39
3.1.1 有限元分析实施步骤..................... 32-35
3.1.2 有限元分析特点 .....................35-36
3.1.3 ANSYS简介..................... 36-37
3.1.4 ANSYS分析过程..................... 37-39
3.2 成型模具实体建模..................... 39-40
3.2.1 有限元建模的方法..................... 39
3.2.2 成型模具的三维模型建立..................... 39-40
3.3 成型模具结构静力学分析 .....................40-46
3.4 本章小结 .....................46-48
第4章 成型模具热分析 .....................48-58
4.1 热分析基础..................... 48-50
4.1.1 热传递方式..................... 48-49
4.1.2 热分析的分类 .....................49-50
4.2 成型模具热分析..................... 50-56
4.3 本章小结 .....................56-58
第5章 成型模具热-力耦合分析..................... 58-68
5.1 热应力 .....................58
5.2 耦合分析基础..................... 58-62
5.2.1 耦合场分析..................... 58-59
5.2.2 耦合场分析的方法..................... 59-62
5.3 成型模具热-力耦合分析..................... 62-66
5.4 本章小结 .....................66-68
结论
本文研究设计了新型成型模具，并以有限元理论为指导进行了相应的研究分析，研究成果如下:
(1)针对生物质全降解材料成型模具存在的问题，设计出适应这类产品的成型模具新技术:①快排汽一无余料技术，原料加热过程快速排出水分，并且达到无余料的特点;②楔型自动定位技术，一方面保证型腔上部的加料室部分准确闭合，不至于发生干涉。另一方面，在压制定型时，避免了压制时原料产生较大的相对位移而导致产品产生裂纹或局部变薄而渗漏;③强制自动脱模技术，不但有效地解决了模具粘模问题，而且还由于压缩空气由顶杆周边喷出，吹掉半成品上的碎屑，起到净化作用;④掩口柔性自动调整技术，使模具合模过程中可以自动调整四个边的压力，使上下模板受力均匀，避免了过定位。
(2)通过ANSYS对成型模具分别进行了静力分析、热分析以及热一力祸合分析。①进行了成型模具的结构静力分析，得到了模具的应力、应变情况;②进行了模具的热分析，得到了模具工作过程中的温度分布情况;③对模具进行了热一力祸合分析，得到了模具在热应力和结构静力作用下的应力、应变。
(3)通过分析得到成型模具生产过程中模具与湿料接触表面温度分布，为了更好的满足生物质降解材料成型特点，对成型模具进行了优化，采用的方法如下:①通过改变加热板加热面积优化模具与湿料接触表面温度分布;②通过改变模具加热板结构优化模具与湿料接触表面温度分布。
参考文献
[l]戈进杰.生物降解高分子材料及其应用[J].北京:化学工业出版社，2002.
[2]WeiH.，Shao5.Study on wheath ill-droPPlanterused http://www.1daixie.com/mjbylw/ for Perpen dieularly in serting film mulehing field[J].NongyeJixieXuebao/TransaetionsoftheChineseSocietyofAgrieulturalMaehinery，2001，32(6):34-37.
[3]符秀科，王建清.可降解塑料包装材料的现状及发展[J].塑料包装，2008，18(4):52-54.
[4]郭东宇，陈赘.一次性可降解餐具的研究现状及前景分析[J].资源节约与环保，2007，23(2):40-45.
[5]YangQinghu我HeDexian，LiuHuashan.Effectofliquidfilmmulehingoneottonyieldandsoilenvironment[J].NongyeGongehengXuebao/TransaetionsoftheChineseSoeietyofAgrieulturalEngineering，2005，21(5):123-126.
[6]郭文川，朱新华.一次性可降解餐具的研究与应用现状[J].包装与食品机械，2009，19(l):32-34.
[7]林翠花.可降解塑料的研究进展[J].潍坊学院学报，2006，6(4):78-81.
[8]吴勇.生物降解塑料及其检测方法[J].塑料，1997，26(4):48•51.
[9]陈港，刘志辉.无污染快餐盒的现状和展望[J].广东造纸，1997(1):30-32.
[10]徐善衍.探求科技与金融的最佳结合[J].高科技与产业化，1999(2):11.