几种纳米材料对聚乳酸结晶及力学性能的影响

论文摘要

本文根据汽车材料领域对环保无害材料的实际需要,针对聚乳酸材料结晶性能及力学性能差的缺点,通过熔融共混和溶液共混的方法制备了聚乳酸的纳米复合材料,分别研究了一维纳米结构的乳酸锌以及石墨烯及其氧化物对聚乳酸结晶成核及力学性能的影响。利用扫描电镜（SEM）、透射电镜（TEM）、原子力显微镜、金相显微镜对样品的形貌和尺度进行详细的表征；采用偏光显微镜（POM）对所制备样品的晶体结构进行了深入的研究；采用X射线衍射仪（XRD）、红外光谱仪（IR）等对其纳米材料及复合材料的晶体结构和特殊官能团做了系统的分析；利用差示扫描量热仪（DSC）考察了复合材料的热性能,通过紫外一可见分光光度计（UV-Vis）考察了样品的紫外吸收情况；利用材料拉伸试验机和冲击试验机测试了所制备的纳米复合材料的力学性能。1.从聚乳酸球晶尺寸来看,纯聚乳酸球晶直径最大达到100μm。当一维纳米乳酸锌的加入为%1时,聚乳酸球晶分布更为均匀细致,表明具有较大的长径比和比表面积的、一维纳米线结构的乳酸锌作为成核剂时,形成大量结晶成核点,促进了聚乳酸的结晶成核。从等温结晶动力学来看,在120℃条件下,纯聚乳酸的半结晶时间t1/2=9.98min,随着一维纳米结构乳酸锌的添加量由0.1%增加到2%过程中,聚乳酸的半结晶时间由1.29min逐渐减少到0.73min；在130℃条件下,随着一维那你结构乳酸锌的含量由0.1%增加到2%过程中,聚乳酸的半结晶时间由2.54min逐渐减少到0.82min,成核剂的加入大大的减小了聚乳酸结晶成核的时间。从力学性能来看,由于成核剂的加入,聚乳酸的拉伸强度、弹性模量、断裂伸长率、以及冲击强度有了不同程度的提升。2.通过改性的Hummer法成功的制备了氧化石墨烯和石墨烯,并且通过共混的方法制备了聚乳酸的石墨烯、氧化石墨烯的复合材料,其中添加了质量分数为0.1%石墨烯之后,球晶分布更为均匀细致,使聚乳酸球晶的直径由原来的100um减小到25um,促进了聚乳酸的结晶成核,表明以添加石墨烯之后,提高了聚乳酸成核效果。从力学性能来看,氧化石墨烯的加入使得聚乳酸发生了降解；而0.1%含量的石墨烯的加入,使得聚乳酸的力学性能有了一定程度的提高,聚乳酸的拉伸强度、弹性模量、断裂伸长率、以及冲击强度有了不同程度的提升。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 前言
• 1.2 聚乳酸性质
• 1.2.1 聚乳酸（PLA）的优点
• 1.2.2 聚乳酸的缺点
• 1.2.3 聚乳酸的生产和应用
• 1.3 聚乳酸的结晶
• 1.3.1 聚乳酸的结晶形态
• 1.3.2 聚乳酸的结晶结构
• 1.3.3 结晶聚乳酸的熔点
• 1.4 聚乳酸的成核剂及其结晶机理
• 1.4.1 聚乳酸成核剂
• 1.4.2 聚乳酸成核剂的结晶机理
• 1.4.3 聚乳酸的成型工艺
• 1.5 纳米复合材料
• 1.5.1 复合材料的分类以及定义
• 1.5.2 纳米复合材料
• 1.5.3 聚合物共混改性的方法
• 1.6 论文选题的内容和意义
• 2 乳酸锌纳米线对聚乳酸结晶及力学性能的影响
• 2.1 实验
• 2.1.1 实验原料
• 2.1.2 实验仪器
• 2.2 样品制备
• 2.3 测试表征
• 2.4 结果与讨论
• 2.4.1 乳酸锌晶体结构及形貌表征
• 2.4.2 乳酸锌的热性能
• 2.4.3 乳酸锌的红外光谱
• 2.4.4 非等温结晶和熔融行为
• 2.4.5 等温结晶动力学
• 2.4.6 晶体结构
• 2.4.7 球晶形态
• 2.4.8 力学性能
• 2.5 结论
• 3 石墨烯、氧化石墨烯-聚乳酸复合材料的制备及性能研究
• 3.1 实验部分
• 3.1.1 主要原料
• 3.1.2 主要设备与仪器
• 3.2 试验方法
• 3.2.1 氧化石墨烯的制备与表征
• 3.2.2 石墨烯的制备与表征
• 3.2.3 聚乳酸/氧化石墨烯复合材料（PLA-GO）的制备与表征
• 3.2.4 聚乳酸/石墨烯复合材料（PLA-GE）的制备与表征
• 3.3 结果与讨论
• 3.3.1 非等温结晶和熔融行为
• 3.3.2 晶体结构
• 3.3.3 球晶形态
• 3.3.4 力学性能
• 3.4 结论
• 4 全文总结
• 参考文献
• 致谢