玄武岩纤维增强聚乳酸绿色复合材料的制备及性能调控
发布时间：2021-02-16 23:50
近年来人们对环保越来越关注。聚乳酸作为一种性能优良的环境友好型材料,一直受到人们的喜爱,但因自身性能因素影响导致其使用范围受限,为了扩宽它的使用范围一个简单有效的方法是添加填料。玄武岩纤维是由天然岩石拉丝而成的,性能优良且环保,但其与聚合物之间的界面性能较差。本文采用溶液法混合后热压的方法,制备了以聚乳酸为基底材料,玄武岩纤维为加强材的复合材料,并对其性能进行检测。论文的主要研究内容如下:（1）为了改进玄武岩纤维与聚乳酸基材之间的界面相互作用,首先对玄武岩纤维使用超声处理、酸刻蚀和碱刻蚀三种方法进行表面预处理。玄武岩纤维经超声处理1.5 h后表面杂质可去除部分,但仍能观察到不光滑的表面。经3 mol/L盐酸溶液刻蚀1-12 h,纤维表面逐渐变得光滑,在刻蚀6 h时表面最为光滑,继续刻蚀纤维再次表现出粗糙的表面。经3 mol/L的氢氧化钠溶液刻蚀1-12 h,纤维表面变得更加粗糙,甚至纤维骨架结构被破坏,出现凹槽。（2）通过水热法成功在玄武岩纤维表面原位生长了二氧化硅纳米粒子,并用偶联剂KH-550对纤维进行了处理,以提高聚乳酸与玄武岩纤维之间的界面相互作用。（3）以二氯甲烷为溶剂,通过...
【文章来源】：西安理工大学陕西省
【文章页数】：56 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
聚乳酸分子式Fig.1-1Polylacticacidmolecularformula
绪论3图1-2玄武岩短切纤维Fig.1-2Basaltchoppedfiber1.2研究现状1.2.1玄武岩纤维改性研究进展迄今为止，国内外对玄武岩纤维增强聚乳酸的报道较少，主要集中在纤维长度、纤维分散性以及纤维表面改性对复合材料力学性能的影响等方面。目前为了使玄武岩纤维与聚乳酸界面能够更好的结合，更多研究者采用对玄武岩纤维表面进行处理，方法具体有以下几种：（1）酸/碱刻蚀改性：酸/碱刻蚀改性是对纤维表面进行改性最常用的方法之一，其改性效果主要受所用刻蚀溶液的种类、浓度、反应时间和反应温度的影响。另外，酸碱溶液还可以增加玄武岩纤维表面反应性硅醇的数量，有利于提高复合材料的界面性能[31]。Zhu等[32]首先将连续玄武岩纤维切成2cm的长度，浸泡在La-EDTA溶液中刻蚀48h。结果表明，刻蚀后的纤维表面出现明显的晶体颗粒，使纤维表面粗糙度增加，通过红外发现纤维表面的-OH离子数量和活性增加，并且纤维的拉伸断裂强度由原来的124mN提升到了163mN。Li等[33]使用浓度不同的盐酸对玄武岩纤维纤维进行刻蚀。结果表明，盐酸刻蚀不可避免地会破坏纤维的单丝拉伸强度，盐酸浓度越高，纤维强度越低。使用1mol/L盐
西安理工大学工程硕士专业学位论文6图1-3硅烷偶联剂改性纤维机理Fig.1-3Mechanismofsilanecouplingagentmodifiedfiber（3）表面涂层改性：表面涂层改性是通过将含有各种官能团的浆料涂覆在纤维表面从而达到特定目的的一种改性方法，改性方法多种多样且具有很强的结构设计性[56]，表面涂层处理方法主要有气相沉积法和聚合物涂层法等[57]。纤维改性后的表面性能主要取决于涂层的组成成分，是一种既简单又实用的纤维表面改性方法。它不仅可以起到保护纤维表面，还可以创造可塑性界面，达到消除界面应力的作用。Zhang[58]等使用聚丙烯酰胺/环氧/纳米SiO2三元复合涂料对玄武岩纤维进项改性。发现经过改性后纤维的亲水性得到很大改善，表面变得粗糙，耐酸碱性得到良好保持，对大肠杆菌的吸附率增加了一倍。TáBI等[25]通过使用连续挤压涂覆技术和特殊模具，用聚乳酸涂覆连续玄武岩纤维，并制备聚乳酸/长玄武岩纤维复合材料和聚乳酸/短切玄武岩复合材料，将两者性能进行比较。发现长玄武岩纤维增强的聚乳酸的机械性能优于短玄武岩纤维增强的聚乳酸，但是长玄武岩纤维的成核能力和效率不及短切玄武岩纤维。Wang等[59]使用多巴胺作为连接料，成功将氧化石墨烯涂覆在纤维表面，与聚酰胺制备复合材料。研究表明，纤维表面上的氧化石墨烯涂层会增加纤维的表面粗糙度，可以改善与基体聚酰胺之间的黏合性能，同时形成机械互锁使复合材料拥有更高的机械性能。此时复合材料的冲击强度和抗弯强度分别提高了13.6%和12.7%。Talebi等[60]研究了在玄武岩纤维表面上合成二氧化硅气凝胶对样品的物理性能影响。结果显示，未经处理的纤维呈现处光滑的表面，涂覆二氧化硅气凝胶后，纤维表面粗糙度显著增加，因为气凝胶存在介孔所以纤维的比表面积得到巨大提升。经过改?
【参考文献】：
期刊论文
[1]塑料回收再利用技术研究进展[J]. 徐靖,张伟. 精细与专用化学品. 2019(07)
[2]真空冷冻干燥法制备聚乳酸/生物玻璃支架及性能研究[J]. 马丽娟,邓久鹏,尹浩月,田宜文. 中国组织工程研究. 2019(30)
[3]玄武岩织物增强聚乳酸复合材料的制备及其拉伸断裂性能[J]. 余娟娟,刘淑强,吴改红,阴晓龙. 纺织学报. 2019(02)
[4]碱侵蚀对玄武岩纤维/沥青流变性能的影响[J]. 李理,刘朝晖,柳力,李盛,刘靖宇. 复合材料学报. 2018(08)
[5]硅烷偶联剂表面改性玄武岩纤维增强复合材料研究进展[J]. 王晓东,云斯宁,张太宏,尹洪峰,徐德龙. 材料导报. 2017(05)
[6]聚乳酸/玄武岩纤维复合材料的制备及性能研究[J]. 杨莉,徐文正. 中国塑料. 2016(11)
[7]连续玄武岩纤维表面改性方法研究进展[J]. 肖同亮,李卓,赵树高. 化工新型材料. 2016(11)
[8]生物降解材料聚乳酸合成的研究进展[J]. 李汝珍. 化工新型材料. 2015(02)
[9]酸/碱腐蚀对玄武岩纤维纱线特性的影响[J]. 李福洲,李贵超,王浩明,童庆. 材料导报. 2015(02)
[10]玄武岩纤维表面处理新方法——酸刻蚀处理的可行性研究[J]. 靳婷婷,申士杰,李静,李伟娜. 材料导报. 2014(12)
博士论文
[1]新型电纺纳米纤维制备及其氰酸酯树脂基复合材料[D]. 秦大可.苏州大学 2013
硕士论文
[1]聚乳酸手性多孔材料的制备及应用研究[D]. 杨博文.北京化工大学 2018
[2]废PET分级利用基准与再生利用技术实验研究[D]. 毕莹莹.西南交通大学 2017
[3]玄武岩纤维增强复合材料的制备及性能研究[D]. 朱钦钦.安徽工程大学 2013
[4]玄武岩纤维表面酸刻蚀处理对其复合材料性能的影响[D]. 李伟娜.北京林业大学 2013
[5]抗冲聚丙烯注射成型过程及流动诱导结晶研究[D]. 李莹.上海交通大学 2012
[6]聚乳酸改性研究[D]. 张琪.北京化工大学 2012
[7]玄武岩纤维增强不饱和聚酯胶合工艺技术研究[D]. 王静.北京林业大学 2009
[8]连续玄武岩纤维复合材料制备技术研究[D]. 杨小兵.江苏大学 2009
本文编号：3037108
【文章来源】：西安理工大学陕西省
【文章页数】：56 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
聚乳酸分子式Fig.1-1Polylacticacidmolecularformula
绪论3图1-2玄武岩短切纤维Fig.1-2Basaltchoppedfiber1.2研究现状1.2.1玄武岩纤维改性研究进展迄今为止，国内外对玄武岩纤维增强聚乳酸的报道较少，主要集中在纤维长度、纤维分散性以及纤维表面改性对复合材料力学性能的影响等方面。目前为了使玄武岩纤维与聚乳酸界面能够更好的结合，更多研究者采用对玄武岩纤维表面进行处理，方法具体有以下几种：（1）酸/碱刻蚀改性：酸/碱刻蚀改性是对纤维表面进行改性最常用的方法之一，其改性效果主要受所用刻蚀溶液的种类、浓度、反应时间和反应温度的影响。另外，酸碱溶液还可以增加玄武岩纤维表面反应性硅醇的数量，有利于提高复合材料的界面性能[31]。Zhu等[32]首先将连续玄武岩纤维切成2cm的长度，浸泡在La-EDTA溶液中刻蚀48h。结果表明，刻蚀后的纤维表面出现明显的晶体颗粒，使纤维表面粗糙度增加，通过红外发现纤维表面的-OH离子数量和活性增加，并且纤维的拉伸断裂强度由原来的124mN提升到了163mN。Li等[33]使用浓度不同的盐酸对玄武岩纤维纤维进行刻蚀。结果表明，盐酸刻蚀不可避免地会破坏纤维的单丝拉伸强度，盐酸浓度越高，纤维强度越低。使用1mol/L盐
西安理工大学工程硕士专业学位论文6图1-3硅烷偶联剂改性纤维机理Fig.1-3Mechanismofsilanecouplingagentmodifiedfiber（3）表面涂层改性：表面涂层改性是通过将含有各种官能团的浆料涂覆在纤维表面从而达到特定目的的一种改性方法，改性方法多种多样且具有很强的结构设计性[56]，表面涂层处理方法主要有气相沉积法和聚合物涂层法等[57]。纤维改性后的表面性能主要取决于涂层的组成成分，是一种既简单又实用的纤维表面改性方法。它不仅可以起到保护纤维表面，还可以创造可塑性界面，达到消除界面应力的作用。Zhang[58]等使用聚丙烯酰胺/环氧/纳米SiO2三元复合涂料对玄武岩纤维进项改性。发现经过改性后纤维的亲水性得到很大改善，表面变得粗糙，耐酸碱性得到良好保持，对大肠杆菌的吸附率增加了一倍。TáBI等[25]通过使用连续挤压涂覆技术和特殊模具，用聚乳酸涂覆连续玄武岩纤维，并制备聚乳酸/长玄武岩纤维复合材料和聚乳酸/短切玄武岩复合材料，将两者性能进行比较。发现长玄武岩纤维增强的聚乳酸的机械性能优于短玄武岩纤维增强的聚乳酸，但是长玄武岩纤维的成核能力和效率不及短切玄武岩纤维。Wang等[59]使用多巴胺作为连接料，成功将氧化石墨烯涂覆在纤维表面，与聚酰胺制备复合材料。研究表明，纤维表面上的氧化石墨烯涂层会增加纤维的表面粗糙度，可以改善与基体聚酰胺之间的黏合性能，同时形成机械互锁使复合材料拥有更高的机械性能。此时复合材料的冲击强度和抗弯强度分别提高了13.6%和12.7%。Talebi等[60]研究了在玄武岩纤维表面上合成二氧化硅气凝胶对样品的物理性能影响。结果显示，未经处理的纤维呈现处光滑的表面，涂覆二氧化硅气凝胶后，纤维表面粗糙度显著增加，因为气凝胶存在介孔所以纤维的比表面积得到巨大提升。经过改?
【参考文献】：
期刊论文
[1]塑料回收再利用技术研究进展[J]. 徐靖,张伟. 精细与专用化学品. 2019(07)
[2]真空冷冻干燥法制备聚乳酸/生物玻璃支架及性能研究[J]. 马丽娟,邓久鹏,尹浩月,田宜文. 中国组织工程研究. 2019(30)
[3]玄武岩织物增强聚乳酸复合材料的制备及其拉伸断裂性能[J]. 余娟娟,刘淑强,吴改红,阴晓龙. 纺织学报. 2019(02)
[4]碱侵蚀对玄武岩纤维/沥青流变性能的影响[J]. 李理,刘朝晖,柳力,李盛,刘靖宇. 复合材料学报. 2018(08)
[5]硅烷偶联剂表面改性玄武岩纤维增强复合材料研究进展[J]. 王晓东,云斯宁,张太宏,尹洪峰,徐德龙. 材料导报. 2017(05)
[6]聚乳酸/玄武岩纤维复合材料的制备及性能研究[J]. 杨莉,徐文正. 中国塑料. 2016(11)
[7]连续玄武岩纤维表面改性方法研究进展[J]. 肖同亮,李卓,赵树高. 化工新型材料. 2016(11)
[8]生物降解材料聚乳酸合成的研究进展[J]. 李汝珍. 化工新型材料. 2015(02)
[9]酸/碱腐蚀对玄武岩纤维纱线特性的影响[J]. 李福洲,李贵超,王浩明,童庆. 材料导报. 2015(02)
[10]玄武岩纤维表面处理新方法——酸刻蚀处理的可行性研究[J]. 靳婷婷,申士杰,李静,李伟娜. 材料导报. 2014(12)
博士论文
[1]新型电纺纳米纤维制备及其氰酸酯树脂基复合材料[D]. 秦大可.苏州大学 2013
硕士论文
[1]聚乳酸手性多孔材料的制备及应用研究[D]. 杨博文.北京化工大学 2018
[2]废PET分级利用基准与再生利用技术实验研究[D]. 毕莹莹.西南交通大学 2017
[3]玄武岩纤维增强复合材料的制备及性能研究[D]. 朱钦钦.安徽工程大学 2013
[4]玄武岩纤维表面酸刻蚀处理对其复合材料性能的影响[D]. 李伟娜.北京林业大学 2013
[5]抗冲聚丙烯注射成型过程及流动诱导结晶研究[D]. 李莹.上海交通大学 2012
[6]聚乳酸改性研究[D]. 张琪.北京化工大学 2012
[7]玄武岩纤维增强不饱和聚酯胶合工艺技术研究[D]. 王静.北京林业大学 2009
[8]连续玄武岩纤维复合材料制备技术研究[D]. 杨小兵.江苏大学 2009
本文编号：3037108
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