聚乳酸/天然纤维复合材料制备与性能研究

论文摘要

本文采用溶液共混法制备了聚乳酸/苎麻纤维(PLA/RF)、PLA/纳米羟基磷灰石(PLA/nHA)、PLA/细菌纤维素(PLA/BC)复合材料,并研究了RF偶联剂处理、浸润处理对PLA/RF力学性能、吸水性能的影响；nHA、BC对其复合材料力学性能、吸水性能的影响；利用扫描电子显微镜(SEM)观察了试样断面形态及纤维表面形态；利用偏光显微镜(POM)观察PLA复合材料球晶形态；利用差示扫描量热仪(DSC)分析研究了PLA/BC复合材料熔融曲线。研究结果表明：PLA/RF复合材料的拉伸强度均高于PLA;80℃偶联剂处理的RF与PLA树脂基体的粘结效果较室温处理的好；在80℃处理温度下,A151处理的RF相对其他两种偶联剂(KH5501、KH570)对PLA增强效果更优。SEM观察经过偶联剂处理的RF与未经处理的RF相比,表面褶皱浅纹更多,能够提高RF与PLA表面粘结性能。浸润处理能够降低RF的吸水率,提高其耐水性。随着浸润液TBC含量的增加,PLA/RF复合材料拉伸强度下降,断裂伸长率升高。在对nHA进行处理的四种偶联剂(KH5501, KH570, A151, A171)中,KH570对nHA的处理效果较优,即拉伸强度和断裂伸长率均优于其他三种偶联剂。随着nHA含量增加,PLA/nHA复合材料的拉伸强度、断裂伸长率均呈下降趋势。在对BC进行处理的四种偶联剂(KH5501, KH570, A151, A171)中,KH5501和KH570处理的复合材料拉伸性能较A151、A171的高,偶联剂处理使PLA/BC复合材料的耐水性有所降低。随着BC含量增加,PLA/BC复合材料拉伸强度呈先增后降趋势且在5%BC含量达到最大值,断裂伸长率也有所增加。可见BC对提高PLA韧性起到一定作用。POM观察结果显示PLA/RF复合材料球晶随着TBC含量增加而增大,靠近RF附近位置的球晶更细小。PLA/nHA复合材料球晶尺寸在nHA含量5%～20%范围内变化不大,当达到25%时增加明显。PLA/BC复合材料随着BC含量的增加,视野内球晶尺寸变小,球晶数量增加。DSC研究表明,PLA、PLA/BC复合材料经过降温热历史后升温过程中有明显Tg。与PLA相比,在相同降温热热历史下PLA/BC复合材料在升温过程中出现冷结晶现象；BC分散在PLA基体中,二者的界面作用可导致材料玻璃化转变的比热偏高。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1 前言
• 1.1 天然纤维复合材料简介
• 1.1.1 天然纤维复合材料发展现状
• 1.1.2 天然纤维简介
• 1.1.3 天然纤维增强聚合物研究简介
• 1.1.4 天然纤维复合材料的研发意义及发展趋势
• 1.2 PLA简介
• 1.2.1 聚乳酸结构及优缺点
• 1.2.2 聚乳酸结晶性能研究情况
• 1.2.3 影响PLA结晶性能的因素
• 1.3 PLA复合材料研究动态
• 1.3.1 PLA/纤维复合材料
• 1.3.2 PLA纳米复合材料
• 1.4 PLA的应用
• 1.4.1 生物医学方面的应用
• 1.4.2 化纤纺织领域的应用
• 1.4.3 绿色包装材料的应用
• 1.4.4 农业生产中的应用
• 1.5 PLA发展趋势
• 1.6 本课题研究目的、意义及内容
• 1.6.1 本课题研究目的及意义
• 1.6.2 研究主要内容
• 2 材料与方法
• 2.1 实验原料及仪器
• 2.1.1 实验原料
• 2.1.2 实验仪器
• 2.2 实验材料的制备
• 2.2.1 RF预处理
• 2.2.2 PLA/RF试样制备
• 2.2.3 PL-nHA试样制备
• 2.2.4 PL-BC试样制备
• 2.3 测试与表征
• 2.3.1 力学性能测试
• 2.3.2 吸水性测试
• 2.3.3 表面及断裂面形态分析
• 2.3.4 差示扫描量热（DSC）分析
• 2.3.5 结晶性能测试
• 3 结果与讨论
• 3.1 RF预处理对PLA/RF复合材料性能影响
• 3.1.1 RF偶联剂处理对PLA/RF复合材料力学性能影响
• 3.1.2 RF浸润处理对PLA复合材料力学性能影响
• 3.1.3 TBC含量对PLA/RF复合材料力学性能的影响
• 3.1.4 纤维含量对PLA/RF复合材料力学性能的影响
• 3.2 nHA对PLA/nHA复合材料力学性能的影响
• 3.2.1 偶联剂对PLA/nHA复合材料力学性能的影响
• 3.2.2 nHA含量对PLA/nHA复合材料力学性能的影响
• 3.3 细菌纤维素（BC）对PLA/BC复合材料力学性能的影响
• 3.3.1 BC含量对PLA/BC复合材料力学性能的影响
• 3.3.2 BC含量对PLA/BC复合材料吸水性能的影响
• 3.3.3 偶联剂对PLA/BC复合材料力学性能的影响
• 3.3.4 偶联剂对PLA/BC复合材料吸水性能的影响
• 3.3.5 PLA/BC复合材料熔融曲线分析
• 3.4 PLA复合材料POM观察及分析
• 3.4.1 TBC、RF对PLA复合材料等温结晶形态的影响
• 3.4.2 nHA对PLA复合材料等温结晶形态的影响
• 3.4.3 BC对PLA复合材料等温结晶形态的影响
• 3.4.4 结晶时间对PLA复合材料等温结晶形态的影响
• 3.4.5 结晶温度对PLA复合材料等温结晶形态的影响
• 4 结论
• 5 展望
• 6 参考文献
• 7 攻读硕士学位期间发表论文情况
• 8 致谢