聚乳酸自增强复合材料的制备、结构及性能研究
发布时间：2024-03-24 11:17
聚乳酸(PLA)因其原材料来源丰富再生、可完全生物降解、生物相容性好等优点成为当前发展最快的生物降解材料之一。PLA基材料已在包装、纺织、农业、生物医学材料等领域有广泛应用。然而,与通用塑料相比,PLA的脆性高和热变形温度低限制了其在长保质期包装、耐热包装、家电等方面的应用。为了改善PLA材料的力学和耐热性能,不改变PLA的可生物降解性和生物相容性,本论文提出以左旋聚乳酸(PLLA)和外消旋聚乳酸(PDLLA)为原料,利用两种PLA理化性能差异,采用自增强技术制备成性能优良的聚乳酸自增强(SR-PLA)复合材料。本论文利用PLLA和PDLLA的热性能差异,以PLLA纤维为增强体,PDLLA为基体,采用薄膜叠层热压法制备了SR-PLA复合材料,并研究了界面性质和纤维在热加工中的结构变化及其对SR-PLA复合材料性能的影响规律。实验结果发现,热处理温度为100160°C之间时,PLLA纤维的结晶度随着处理温度的升高先增加后不变,整体分子取向随着处理温度升高下降,玻璃化转变温度着处理温度的升高下降,断裂伸长率和拉伸强度着处理温度的升高增加;PLLA和PDLLA之间的良好...
【文章页数】：150 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第一章 绪论
1.1 聚乳酸概述
1.1.1 聚乳酸链结构
1.1.2 聚乳酸的结晶结构
1.1.3 聚乳酸的分子量、结构与热性能的关系
1.2 聚乳酸纤维概述
1.2.1 聚乳酸纤维的结构
1.2.2 影响聚乳酸纤维性能的因素
1.2.3 高性能聚乳酸纤维的制备
1.3 聚乳酸基复合材料面临主要问题及解决办法
1.4 自增强复合材料概述
1.4.1 自增强复合材料的定义及应用
1.4.2 自增强复合材料的优势
1.4.3 自增强复合材料的原料
1.4.4 自增强复合材料加工工艺
1.5 自增强加工面临的主要问题及解决办法
1.5.1 自增强热加工面临的主要问题
1.5.2 扩大加工温度常用方法
1.5.3 溶液浸渍热压法面临的重要问题及解决方法
1.6 复合材料界面的结合形式
1.6.1 粘结结合界面
1.6.2 溶解和润湿结合界面
1.6.3 反应结合界面
1.6.4 横晶层
1.7 聚乳酸自增强复合材料发展现状
1.8 本论文的研究意义、研究目的和研究内容
1.8.1 研究意义
1.8.2 研究目的
1.8.3 研究内容
第二章 半结晶聚乳酸和无定型聚乳酸相容性研究
2.1 实验主要材料和设备
2.1.1 实验主要材料
2.1.2 实验仪器
2.2 实验方法
2.2.1 PLLA和PDLLA熔融共混薄膜的制备
2.2.2 PLLA和PDLLA熔融共混薄膜的韧化
2.2.3 多界面PLLA/PDLLA共混体系的建立
2.2.4 差示扫描量热法 (DSC)
2.2.5 动态热机械分析 (DMA )
2.2.6 小角/广角X射线测试 (SAXS/WAXS )
2.2.7 偏光显微镜测试 (POM)
2.3 结果与讨论
2.3.1 熔融混合下的PLLA/PDLLA共混物的相容性研究
2.3.2 PLLA在界面处的结晶性质研究
2.4 本章小结
第三章 热处理对于聚乳酸纤维结构和性能的影响
3.1 实验主要材料和设备
3.1.1 实验材料
3.1.2 实验设备
3.2 实验方法
3.2.1 纤维的制备及热处理
3.2.2 PLLA纤维的结晶度表征
3.2.3 PLLA纤维的取向度表征
3.2.4 PLLA纤维的热性能表征
3.2.5 PLLA纤维的力学性能表征
3.3 结果与讨论
3.3.1 热处理对PLLA纤维结晶度的影响
3.3.2 热处理对PLLA纤维取向度的影响
3.3.3 热处理对PLLA纤维热性能的影响
3.3.4 热处理对PLLA纤维力学性能的影响
3.4 本章小结
第四章 SR-PLA复合材料的热压法制备、结构及性能研究
4.1 实验主要材料和设备
4.1.1 实验材料
4.1.2 实验方法
4.2 实验方法
4.2.1 SR-PLA复合材料薄膜叠层热压的制备
4.2.2 单根PLLA纤维SR-PLA复合材料制备
4.2.3 SR-PLA复合材料的界面表征
4.2.4 SR-PLA复合材料的热性能表征
4.2.5 SR-PLA复合材料的力学性能表征
4.3 结果与讨论
4.3.1 加工温度对SR-PLA复合材料的结构和性能的影响
4.3.2 加工时间对SR-PLA复合材料的结构和性能的影响
4.3.3 加工压强对SR-PLA复合材料的结构和性能的影响
4.4 本章小结
第五章 溶剂处理对聚乳酸纤维结构和性能的影响
5.1 实验主要材料和设备
5.1.1 实验材料
5.1.2 实验设备
5.2 实验方法
5.2.1 PLLA纤维的溶剂处理
5.2.2 PLLA纤维的形貌表征
5.2.3 PLLA纤维的结构表征
5.2.4 PLLA纤维的热性能表征
5.3 结果与讨论
5.3.1 溶剂处理对PLLA纤维形貌的影响
5.3.2 溶剂处理对PLLA纤维结构的影响
5.3.3 溶剂处理对PLLA纤维热性能的影响
5.4 本章小结
第六章 SR-PLA复合材料的湿法制备、结构及其性能研究
6.1 实验主要材料和设备
6.1.1 实验材料
6.1.2 实验仪器
6.2 实验方法
6.2.1 连续纤维缠绕制备SR-PLA复合材料
6.2.2 流延法制备短纤维SR-PLA复合材料
6.2.3 SR-PLA复合材料形貌学表征
6.2.4 SR-PLA复合材料热力学性能表征
6.2.5 SR-PLA复合材料微观结构表征
6.2.6 SR-PLA复合材料力学性能表征
6.3 结果与讨论
6.3.1 连续纤维SR-PLA复合材料的结构与性能研究
6.3.2 流延法制备短纤维SR-PLA复合材料的结构与性能研究
6.4 本章小结
第七章 PBSA-PLA复合材料的制备、结构及性能研究
7.1 实验主要材料和设备
7.1.1 实验材料
7.1.2 实验设备
7.2 实验方法
7.2.1 连续纤维PBSA-PLA复合材料热压法制备
7.2.2 短纤维PBSA-PLA复合材料密炼+热压法制备
7.2.3 短纤维PBSA-PLA复合材料挤出法制备
7.2.4 PBSA-PLA复合材料结构表征
7.2.5 PBSA-PLA复合材料界面表征
7.2.6 PBSA-PLA复合材料热性能表征
7.2.7 PBSA-PLA复合材料力学性能表征
7.3 结果与讨论
7.3.1 连续纤维PBSA-PLA复合材料的结构与性能研究
7.3.2 短纤维PBSA-PLA复合材料(密炼+热压法)的结构与性能研究
7.3.3 短纤维PBSA-PLA复合材料(挤出法)结构与性能研究
7.4 本章小结
结论与展望
参考文献
攻读博士学位期间取得的研究成果
致谢
附件
本文编号：3937364
【文章页数】：150 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第一章 绪论
1.1 聚乳酸概述
1.1.1 聚乳酸链结构
1.1.2 聚乳酸的结晶结构
1.1.3 聚乳酸的分子量、结构与热性能的关系
1.2 聚乳酸纤维概述
1.2.1 聚乳酸纤维的结构
1.2.2 影响聚乳酸纤维性能的因素
1.2.3 高性能聚乳酸纤维的制备
1.3 聚乳酸基复合材料面临主要问题及解决办法
1.4 自增强复合材料概述
1.4.1 自增强复合材料的定义及应用
1.4.2 自增强复合材料的优势
1.4.3 自增强复合材料的原料
1.4.4 自增强复合材料加工工艺
1.5 自增强加工面临的主要问题及解决办法
1.5.1 自增强热加工面临的主要问题
1.5.2 扩大加工温度常用方法
1.5.3 溶液浸渍热压法面临的重要问题及解决方法
1.6 复合材料界面的结合形式
1.6.1 粘结结合界面
1.6.2 溶解和润湿结合界面
1.6.3 反应结合界面
1.6.4 横晶层
1.7 聚乳酸自增强复合材料发展现状
1.8 本论文的研究意义、研究目的和研究内容
1.8.1 研究意义
1.8.2 研究目的
1.8.3 研究内容
第二章 半结晶聚乳酸和无定型聚乳酸相容性研究
2.1 实验主要材料和设备
2.1.1 实验主要材料
2.1.2 实验仪器
2.2 实验方法
2.2.1 PLLA和PDLLA熔融共混薄膜的制备
2.2.2 PLLA和PDLLA熔融共混薄膜的韧化
2.2.3 多界面PLLA/PDLLA共混体系的建立
2.2.4 差示扫描量热法 (DSC)
2.2.5 动态热机械分析 (DMA )
2.2.6 小角/广角X射线测试 (SAXS/WAXS )
2.2.7 偏光显微镜测试 (POM)
2.3 结果与讨论
2.3.1 熔融混合下的PLLA/PDLLA共混物的相容性研究
2.3.2 PLLA在界面处的结晶性质研究
2.4 本章小结
第三章 热处理对于聚乳酸纤维结构和性能的影响
3.1 实验主要材料和设备
3.1.1 实验材料
3.1.2 实验设备
3.2 实验方法
3.2.1 纤维的制备及热处理
3.2.2 PLLA纤维的结晶度表征
3.2.3 PLLA纤维的取向度表征
3.2.4 PLLA纤维的热性能表征
3.2.5 PLLA纤维的力学性能表征
3.3 结果与讨论
3.3.1 热处理对PLLA纤维结晶度的影响
3.3.2 热处理对PLLA纤维取向度的影响
3.3.3 热处理对PLLA纤维热性能的影响
3.3.4 热处理对PLLA纤维力学性能的影响
3.4 本章小结
第四章 SR-PLA复合材料的热压法制备、结构及性能研究
4.1 实验主要材料和设备
4.1.1 实验材料
4.1.2 实验方法
4.2 实验方法
4.2.1 SR-PLA复合材料薄膜叠层热压的制备
4.2.2 单根PLLA纤维SR-PLA复合材料制备
4.2.3 SR-PLA复合材料的界面表征
4.2.4 SR-PLA复合材料的热性能表征
4.2.5 SR-PLA复合材料的力学性能表征
4.3 结果与讨论
4.3.1 加工温度对SR-PLA复合材料的结构和性能的影响
4.3.2 加工时间对SR-PLA复合材料的结构和性能的影响
4.3.3 加工压强对SR-PLA复合材料的结构和性能的影响
4.4 本章小结
第五章 溶剂处理对聚乳酸纤维结构和性能的影响
5.1 实验主要材料和设备
5.1.1 实验材料
5.1.2 实验设备
5.2 实验方法
5.2.1 PLLA纤维的溶剂处理
5.2.2 PLLA纤维的形貌表征
5.2.3 PLLA纤维的结构表征
5.2.4 PLLA纤维的热性能表征
5.3 结果与讨论
5.3.1 溶剂处理对PLLA纤维形貌的影响
5.3.2 溶剂处理对PLLA纤维结构的影响
5.3.3 溶剂处理对PLLA纤维热性能的影响
5.4 本章小结
第六章 SR-PLA复合材料的湿法制备、结构及其性能研究
6.1 实验主要材料和设备
6.1.1 实验材料
6.1.2 实验仪器
6.2 实验方法
6.2.1 连续纤维缠绕制备SR-PLA复合材料
6.2.2 流延法制备短纤维SR-PLA复合材料
6.2.3 SR-PLA复合材料形貌学表征
6.2.4 SR-PLA复合材料热力学性能表征
6.2.5 SR-PLA复合材料微观结构表征
6.2.6 SR-PLA复合材料力学性能表征
6.3 结果与讨论
6.3.1 连续纤维SR-PLA复合材料的结构与性能研究
6.3.2 流延法制备短纤维SR-PLA复合材料的结构与性能研究
6.4 本章小结
第七章 PBSA-PLA复合材料的制备、结构及性能研究
7.1 实验主要材料和设备
7.1.1 实验材料
7.1.2 实验设备
7.2 实验方法
7.2.1 连续纤维PBSA-PLA复合材料热压法制备
7.2.2 短纤维PBSA-PLA复合材料密炼+热压法制备
7.2.3 短纤维PBSA-PLA复合材料挤出法制备
7.2.4 PBSA-PLA复合材料结构表征
7.2.5 PBSA-PLA复合材料界面表征
7.2.6 PBSA-PLA复合材料热性能表征
7.2.7 PBSA-PLA复合材料力学性能表征
7.3 结果与讨论
7.3.1 连续纤维PBSA-PLA复合材料的结构与性能研究
7.3.2 短纤维PBSA-PLA复合材料(密炼+热压法)的结构与性能研究
7.3.3 短纤维PBSA-PLA复合材料(挤出法)结构与性能研究
7.4 本章小结
结论与展望
参考文献
攻读博士学位期间取得的研究成果
致谢
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