杨木粉/PLA复合材料的研究及其在3D打印中的应用
发布时间：2022-12-06 01:21
利用木质纤维材料增强可降解聚合物制备的可降解复合材料,不仅充分利用了木质纤维资源,而且还可以替代石油基复合材料实现材料的可持续发展。然而木质纤维材料的加入,一定程度上降低了可降解聚合物的强度和增加了材料的脆性,进而限制了材料的使用范围。为提高可降解复合材料的强度和韧性以及其在3D打印领域的应用性,本文采用杨木粉改性处理、聚合物接枝改性以及添加增韧剂等方法,分别来增强和增韧可降解复合材料,系统研究了杨木粉/聚乳酸可降解复合材料的制备、增强和增韧机理,提出制备可以用于3D打印的木质纤维/聚乳酸可降解复合材料的新方法,为可降解复合材料在3D打印领域的拓展应用提供理论依据。本文研究内容与主要结果如下:（1）采用制浆法改性杨木粉（简称:BECMP纤维）来增强聚乳酸制备可降解复合材料,主要研究不同BECMP纤维添加量对复合材料力学、热学以及流变性能的影响。同时对比研究改性前后杨木粉对复合材料性能的增强情况,并通过扫描电镜分析改性前后杨木粉的形貌尺寸差异及其在聚乳酸基体中的分布和界面结合。相对PLA,杨木粉可以提高复合材料的拉伸模量和弯曲模量,但由于BECMP纤维具有较高的刚性和长径比,所以BECM...
【文章页数】：134 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
Abstract
1 绪论
1.1 引言
1.2 木质纤维材料和可生物降解聚合物
1.2.1 木质纤维材料
1.2.2 可生物降解聚合物
1.3 木质纤维增强可生物降解聚合物复合材料
1.3.1 国内外研究进展
1.3.2 复合材料界面性能研究
1.3.3 复合材料增韧性能研究
1.4 快速成型技术
1.4.1 快速成型打印技术简介
1.4.2 快速成型打印技术在复合材料领域中的应用
1.5 本课题的研究内容与创新点
1.5.1 本课题的提出
1.5.2 本文的研究内容
1.5.3 本文的创新点
2 制浆法改性杨木粉增强聚乳酸复合材料
2.1 引言
2.2 实验部分
2.2.1 主要原料
2.2.2 主要仪器与设备
2.2.3 BECMP纤维的制备
2.2.4 复合材料的制备
2.2.5 测试与表征方法
2.3 结果与讨论
2.3.1 杨木粉与BECMP纤维的化学组成和微观形貌分析
2.3.2 复合材料力学性能分析
2.3.3 复合材料热学性能分析
2.3.4 复合材料流变性能分析
2.3.5 复合材料界面结构分析
2.4 本章小结
3 化学改性杨木粉对聚乳酸复合材料性能的影响
3.1 引言
3.2 实验部分
3.2.1 主要原料
3.2.2 主要仪器与设备
3.2.3 杨木粉的化学改性
3.2.4 复合材料的制备
3.2.5 测试与表征方法
3.3 结果与讨论
3.3.1 改性杨木粉化学结构和形貌变化
3.3.2 复合材料力学性能分析
3.3.3 复合材料热学性能分析
3.3.4 复合材料动态力学分析
3.3.5 复合材料流变性能分析
3.3.6 复合材料界面结构分析
3.3.7 复合材料接触角分析
3.4 本章小结
4 杨木粉/马来酸酐接枝聚乳酸复合材料的性能研究
4.1 引言
4.2 实验部分
4.2.1 主要原料
4.2.2 主要仪器与设备
4.2.3 马来酸酐接枝聚乳酸接枝物的制备
4.2.4 复合材料的制备
4.2.5 测试与表征方法
4.3 结果与讨论
4.3.1 马来酸酐接枝聚乳酸的红外吸收光谱分析
4.3.2 马来酸酐接枝聚乳酸接与杨木粉复合的反应机理
4.3.3 复合材料力学性能分析
4.3.4 复合材料热学性能分析
4.3.5 复合材料动态力学性能分析
4.3.6 复合材料界面结构分析
4.4 本章小结
5 不同增韧剂对杨木粉/聚乳酸复合材料性能的影响
5.1 引言
5.2 实验部分
5.2.1 主要原料
5.2.2 主要仪器与设备
5.2.3 复合材料的制备
5.2.4 测试与表征方法
5.3 结果与讨论
5.3.1 复合材料力学性能分析
5.3.2 复合材料断面形貌分析
5.3.3 复合材料热学性能分析
5.3.4 复合材料动态力学性能分析
5.3.5 复合材料流变性能分析
5.3.6 复合材料接触角和红外光谱分析
5.4 本章小结
6 3D打印杨木粉/聚乳酸复合材料
6.1 引言
6.2 实验部分
6.2.1 主要原料
6.2.2 主要仪器与设备
6.2.3 复合材料的制备
6.2.4 测试与表征方法
6.3 结果与讨论
6.3.1 杨木粉含量对打印复合材料性能的影响
6.3.2 打印温度对复合材料性能的影响
6.3.3 打印速度对复合材料性能的影响
6.3.4 打印层厚对复合材料性能的影响
6.3.5 打印方向对复合材料性能的影响
6.3.6 3D打印复合材料的应用研究
6.4 本章小结
结论
参考文献
攻读学位期间发表的学术论文
致谢
附件
【参考文献】：
期刊论文
[1]PLA/淀粉/蔗渣复合材料自然土埋降解行为研究[J]. 张会平,沈华艳,谢东,杨友军,陈明周. 甘蔗糖业. 2017(06)
[2]生物可降解材料聚乳酸的制备及应用[J]. 赵璐. 辽宁化工. 2017(08)
[3]2020年全球生物可降解聚合物市场规模预计可达51.8亿美元[J]. 绿色包装. 2017(08)
[4]改性木纤维/聚乳酸复合材料的制备与性能研究[J]. 宋庆龙,温慧颖,Jesperde Claville Christiansen,于冬宏. 分子科学学报. 2016(06)
[5]工艺参数对3D打印陶瓷零件质量的影响[J]. 刘骥远,吴懋亮,蔡杰,陈军,谢飞. 上海电力学院学报. 2015(04)
[6]试论我国木材资源利用现状和木材回收利用技术措施[J]. 唐炳兴. 福建农业. 2015(06)
[7]Production of Bamboo Fiber Reinforced Fibrillated Poly（Lactic Acid）（PLA） Material Obtained by a Papermaking Process[J]. 王瑞彬,YANG Rendang,YANG Fei. Journal of Wuhan University of Technology（Materials Science Edition）. 2015(02)
[8]食品包装材料生态化发展下的非石油基降解塑料[J]. 戴宏民,戴佩燕. 包装学报. 2015(01)
[9]各国为了包装可降解做的那些事儿[J]. 谷悦. 中国食品. 2015(02)
[10]高填充可降解塑料制品的研究及应用进展[J]. 杨冰,许颖,王小威,周卫东,季君晖,李玉荣,樊武元. 塑料. 2014(04)
博士论文
[1]竹纳米纤维素晶须增强聚乳酸复合材料界面结合及强化机理研究[D]. 钱少平.浙江大学 2016
[2]剑麻纤维增强聚乳酸复合材料的制备及性能研究[D]. 姜爱菊.华南理工大学 2012
[3]增塑、成核及取向对聚乳酸结晶行为的影响[D]. 李铭.郑州大学 2011
硕士论文
[1]混杂植物纤维增强聚乳酸可生物降解复合材料的制备及性能研究[D]. 付武昌.华南理工大学 2015
[2]高密度零件FDM快速成型工艺研究[D]. 于建涛.烟台大学 2014
[3]微生物法改性植物纤维及其在全生物降解复合材料的应用研究[D]. 尹晓琛.华东理工大学 2012
[4]稻草/聚乳酸复合材料的制备及其界面改性研究[D]. 秦利军.兰州大学 2011
[5]硅烷偶联剂改性木粉/HDPE复合材料的研究[D]. 李春桃.东北林业大学 2010
[6]聚乳酸复合增韧及其机理研究[D]. 孙强英.东华大学 2009
[7]原位聚合法制备全生物降解苎麻纤维增强PLLA-PCL复合材料及其性能的研究[D]. 王龙海.东华大学 2006
本文编号：3710758
【文章页数】：134 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
Abstract
1 绪论
1.1 引言
1.2 木质纤维材料和可生物降解聚合物
1.2.1 木质纤维材料
1.2.2 可生物降解聚合物
1.3 木质纤维增强可生物降解聚合物复合材料
1.3.1 国内外研究进展
1.3.2 复合材料界面性能研究
1.3.3 复合材料增韧性能研究
1.4 快速成型技术
1.4.1 快速成型打印技术简介
1.4.2 快速成型打印技术在复合材料领域中的应用
1.5 本课题的研究内容与创新点
1.5.1 本课题的提出
1.5.2 本文的研究内容
1.5.3 本文的创新点
2 制浆法改性杨木粉增强聚乳酸复合材料
2.1 引言
2.2 实验部分
2.2.1 主要原料
2.2.2 主要仪器与设备
2.2.3 BECMP纤维的制备
2.2.4 复合材料的制备
2.2.5 测试与表征方法
2.3 结果与讨论
2.3.1 杨木粉与BECMP纤维的化学组成和微观形貌分析
2.3.2 复合材料力学性能分析
2.3.3 复合材料热学性能分析
2.3.4 复合材料流变性能分析
2.3.5 复合材料界面结构分析
2.4 本章小结
3 化学改性杨木粉对聚乳酸复合材料性能的影响
3.1 引言
3.2 实验部分
3.2.1 主要原料
3.2.2 主要仪器与设备
3.2.3 杨木粉的化学改性
3.2.4 复合材料的制备
3.2.5 测试与表征方法
3.3 结果与讨论
3.3.1 改性杨木粉化学结构和形貌变化
3.3.2 复合材料力学性能分析
3.3.3 复合材料热学性能分析
3.3.4 复合材料动态力学分析
3.3.5 复合材料流变性能分析
3.3.6 复合材料界面结构分析
3.3.7 复合材料接触角分析
3.4 本章小结
4 杨木粉/马来酸酐接枝聚乳酸复合材料的性能研究
4.1 引言
4.2 实验部分
4.2.1 主要原料
4.2.2 主要仪器与设备
4.2.3 马来酸酐接枝聚乳酸接枝物的制备
4.2.4 复合材料的制备
4.2.5 测试与表征方法
4.3 结果与讨论
4.3.1 马来酸酐接枝聚乳酸的红外吸收光谱分析
4.3.2 马来酸酐接枝聚乳酸接与杨木粉复合的反应机理
4.3.3 复合材料力学性能分析
4.3.4 复合材料热学性能分析
4.3.5 复合材料动态力学性能分析
4.3.6 复合材料界面结构分析
4.4 本章小结
5 不同增韧剂对杨木粉/聚乳酸复合材料性能的影响
5.1 引言
5.2 实验部分
5.2.1 主要原料
5.2.2 主要仪器与设备
5.2.3 复合材料的制备
5.2.4 测试与表征方法
5.3 结果与讨论
5.3.1 复合材料力学性能分析
5.3.2 复合材料断面形貌分析
5.3.3 复合材料热学性能分析
5.3.4 复合材料动态力学性能分析
5.3.5 复合材料流变性能分析
5.3.6 复合材料接触角和红外光谱分析
5.4 本章小结
6 3D打印杨木粉/聚乳酸复合材料
6.1 引言
6.2 实验部分
6.2.1 主要原料
6.2.2 主要仪器与设备
6.2.3 复合材料的制备
6.2.4 测试与表征方法
6.3 结果与讨论
6.3.1 杨木粉含量对打印复合材料性能的影响
6.3.2 打印温度对复合材料性能的影响
6.3.3 打印速度对复合材料性能的影响
6.3.4 打印层厚对复合材料性能的影响
6.3.5 打印方向对复合材料性能的影响
6.3.6 3D打印复合材料的应用研究
6.4 本章小结
结论
参考文献
攻读学位期间发表的学术论文
致谢
附件
【参考文献】：
期刊论文
[1]PLA/淀粉/蔗渣复合材料自然土埋降解行为研究[J]. 张会平,沈华艳,谢东,杨友军,陈明周. 甘蔗糖业. 2017(06)
[2]生物可降解材料聚乳酸的制备及应用[J]. 赵璐. 辽宁化工. 2017(08)
[3]2020年全球生物可降解聚合物市场规模预计可达51.8亿美元[J]. 绿色包装. 2017(08)
[4]改性木纤维/聚乳酸复合材料的制备与性能研究[J]. 宋庆龙,温慧颖,Jesperde Claville Christiansen,于冬宏. 分子科学学报. 2016(06)
[5]工艺参数对3D打印陶瓷零件质量的影响[J]. 刘骥远,吴懋亮,蔡杰,陈军,谢飞. 上海电力学院学报. 2015(04)
[6]试论我国木材资源利用现状和木材回收利用技术措施[J]. 唐炳兴. 福建农业. 2015(06)
[7]Production of Bamboo Fiber Reinforced Fibrillated Poly（Lactic Acid）（PLA） Material Obtained by a Papermaking Process[J]. 王瑞彬,YANG Rendang,YANG Fei. Journal of Wuhan University of Technology（Materials Science Edition）. 2015(02)
[8]食品包装材料生态化发展下的非石油基降解塑料[J]. 戴宏民,戴佩燕. 包装学报. 2015(01)
[9]各国为了包装可降解做的那些事儿[J]. 谷悦. 中国食品. 2015(02)
[10]高填充可降解塑料制品的研究及应用进展[J]. 杨冰,许颖,王小威,周卫东,季君晖,李玉荣,樊武元. 塑料. 2014(04)
博士论文
[1]竹纳米纤维素晶须增强聚乳酸复合材料界面结合及强化机理研究[D]. 钱少平.浙江大学 2016
[2]剑麻纤维增强聚乳酸复合材料的制备及性能研究[D]. 姜爱菊.华南理工大学 2012
[3]增塑、成核及取向对聚乳酸结晶行为的影响[D]. 李铭.郑州大学 2011
硕士论文
[1]混杂植物纤维增强聚乳酸可生物降解复合材料的制备及性能研究[D]. 付武昌.华南理工大学 2015
[2]高密度零件FDM快速成型工艺研究[D]. 于建涛.烟台大学 2014
[3]微生物法改性植物纤维及其在全生物降解复合材料的应用研究[D]. 尹晓琛.华东理工大学 2012
[4]稻草/聚乳酸复合材料的制备及其界面改性研究[D]. 秦利军.兰州大学 2011
[5]硅烷偶联剂改性木粉/HDPE复合材料的研究[D]. 李春桃.东北林业大学 2010
[6]聚乳酸复合增韧及其机理研究[D]. 孙强英.东华大学 2009
[7]原位聚合法制备全生物降解苎麻纤维增强PLLA-PCL复合材料及其性能的研究[D]. 王龙海.东华大学 2006
本文编号：3710758
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