改性剑麻纤维及其增强聚乳酸复合材料的性能研究

发布时间：2017-11-27 12:23

  本文关键词：改性剑麻纤维及其增强聚乳酸复合材料的性能研究

  更多相关文章： 接枝处理 复合材料 热性能 结晶性能 力学性能

【摘要】：随着石化资源的短缺和环境污染的日益严重,生物可降解复合材料得到了越来越多的关注和研究。剑麻纤维(SF)具有许多合成纤维无法比拟的优点,利用其增强生物可降解聚合物聚乳酸(PLA),既可以降低聚乳酸的成本,拓宽其应用范围,同时对实现可持续发展具有重要的意义。本文基于未处理剑麻纤维(USF)与聚乳酸基体界面相容性差的缺陷,采用L-丙交酯接枝共聚工艺,在剑麻纤维表面通过接枝共聚反应接枝上聚乳酸,以改善剑麻纤维与聚乳酸基体的界面相容性,通过提高复合材料的界面性能最终提高其综合性能。采用正交试验研究了接枝反应工艺参数对接枝率的影响,同时与未处理剑麻纤维进行对比,研究了碱处理改性剑麻纤维(ASF)和接枝处理改性剑麻纤维(SF-g-LA)表面形貌、热稳定性、拉伸强度、拉伸模量等的差异。将改性及未改性的剑麻纤维分别与PLA基体开炼共混制备复合材料,并与纯PLA进行对比,研究了剑麻纤维预处理工艺对复合材料的热性能、结晶性能和力学性能等的影响。同时还研究了退火处理对复合材料热性能和结晶性能的影响,使用凝胶渗透色谱仪(GPC)研究了复合材料在开炼共混过程中分子量的变化。本文最后探讨了Fukuda拉伸性能计算模型的适用性。结果表明:经过碱处理后,剑麻纤维直径变小,表面小分子物质如半纤维素、木质素等被除去,热稳定性提高,拉伸强度和拉伸模量降低。剑麻纤维在接枝处理后,表面接枝上了聚乳酸,纤维直径略有增大,但是热稳定性降低,拉伸强度和拉伸模量进一步降低。引发剂含量是影响L-丙交酯接枝反应接枝率最重要的因素,接枝率随着引发剂含量的增大迅速增大随后趋于稳定,但是接枝率的增加不会造成纤维热稳定性的降低。聚乳酸基体中加入剑麻纤维后,复合材料的热稳定性比纯PLA有所降低,起始热分解温度Ti和最大热分解速率温度Tmax也都降低。剑麻纤维的加入导致复合材料中PLA的相对分子质量降低,同时加快了PLA的结晶过程,提高了复合材料的结晶度,其中PLA/SF-g-LA的结晶度提高最大。偏光显微镜结果表明,聚乳酸基体在剑麻纤维表面形成了一层横晶,PLA/SF-g-LA的横晶层厚度最大;退火处理可以同时提高复合材料的晶体完善程度、玻璃化转变温度和结晶度。未处理剑麻纤维的加入使得复合材料的拉伸强度和弯曲强度相对于纯PLA有所降低,拉伸模量、弯曲模量和冲击强度随着纤维含量的增加整体上呈递增趋势;对于PLA/ASF和PLA/SF-g-LA复合材料,加入改性处理剑麻纤维后随着剑麻纤维含量的增加,复合材料的拉伸强度、拉伸模量、弯曲强度和弯曲模量均增大,而剑麻纤维含量过高时,冲击强度反而略有降低,但是当剑麻纤维含量相同时二者的冲击强度均比未处理剑麻纤维增强的PLA/USF复合材料要高。三种复合材料的断裂伸长率均随着剑麻纤维的加入而降低。三种剑麻纤维相比,SF-g-LA增强聚乳酸复合材料的力学性能最优。未处理剑麻纤维与PLA基体的界面相容性最差,经过碱处理后纤维与PLA基体之间的界面相容性略有改善,接枝处理能够大大提高纤维和PLA基体之间的界面相容性。Fukuda模型引入纤维压缩率K后的拟合模型更接近于实验数据,在采用拟合模型计算复合材料力学性能时必须考虑纤维压缩率的影响。
【学位授予单位】：华南理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TB332

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本文编号：1231841