论文摘要
随着科技的发展和人类文明的进步,人们对环保的要求越来越高,开发性能优良、可完全降解的复合材料,对可持续性发展有重大意义,也是近年来全球研究的一个热点。我国黄麻资源丰富,种类繁多,价格低廉。黄麻纤维强度和模量高,作为复合材料的增强体具有潜在的应用价值。聚乳酸(PLA)是可降解的高分子材料,熔点低,加工成型方便,是复合材料基体的良好选择。将黄麻纤维与PLA复合,不仅可以有效的降低成本,还可以推动新型可降解复合材料的开发和应用。本文采用模压成型的方法制备精细化黄麻/PLA复合材料,主要从材料的制备工艺、黄麻纤维的改性对复合材料性能的影响,以及复合材料的降解等几个方面入手,进行了以下几方面的研究:材料的制备工艺:通过精细化黄麻纤维毡增强PLA复合材料的力学性能测试和断口分析得到,当压强为12MPa、模压温度为155℃、模压时间25min、冷却时间4min时,可以制得综合力学性能最好的复合材料,故在此条件下进行实验。但纤维和基体的界面粘结性较差,需要对纤维进行改性,以改善界面效果,并进一步提高材料的力学性能。黄麻纤维毡的改性对复合材料性能的影响:研究了碱处理、偶联剂改性处理以及纤维的体积分数对精细化黄麻纤维毡/PLA复合材料性能的影响。将黄麻纤维毡进行不同条件的碱处理和偶联剂处理,结果表明,随着碱处理时间的增加以及碱液浓度的提高,纤维毡的拉伸断裂强度先增大后减小;随着偶联剂处理时间的增加以及偶联剂浓度的提高,黄麻纤维毡的力学性能有所减小。两种改性处理都有效地改善了纤维毡与PLA之间的界面粘结效果,复合材料的力学性能得到提高,并且偶联剂的处理效果比碱处理好。精细化黄麻纤维毡经1.5%偶联剂处理2h后,其与PLA构成的复合材料的力学性能最好。对含有不同体积分数纤维的精细化黄麻纤维毡/PLA复合材料的力学性能进行分析得到,过高或过低的纤维含量对复合材料的力学性能都不利,当纤维体积含量为40%时,该复合材料的力学性能最好。黄麻纱线的改性对复合材料性能的影响:研究了碱处理、偶联剂处理以及纱线的排列等对精细化黄麻纱线/PLA复合材料性能的影响。通过对改性纱线内纤维的扫描电镜观察、红外分析以及纱线的拉伸力学性能测试,表明,碱处理后,纱线内纤维被刻蚀细化;偶联剂处理后,纤维表面覆有一层分子膜。改性黄麻纤维内的羟基含量减少,纤维素含量稍有提高,木质素部分被去除。随碱处理时间的增加以及碱浓度的提高,黄麻纱线的力学性能先增大后减小;经偶联剂处理以后,黄麻纱线的断裂强度有所提高。通过对改性精细化黄麻纱线增加PLA复合材料的力学性能测试,结果发现,偶联剂改性处理的效果比碱处理好。将纱线在浓度为1.5%偶联剂溶液中处理2h后,所得复合材料的力学性能最好。通过对精细化黄麻纱线的排列方式、排列密度以及粗细和复合材料拉伸力学性能关系的研究发现,随着纱线排列密度的增大,材料的力学性能先增大后减小,当排列密度达25根/cm时,复合材料的力学性能最好;纱线交叉90°排列时,复合材料的力学性能最好;以粗纱线为增强体的PLA复合材料,力学性能较好。精细化黄麻纤维/PLA复合材料的降解行为:研究了精细化黄麻纤维/PLA复合材料在活性污泥中的降解性能,分析了黄麻改性以及纤维含量对降解性能的影响。研究结果表明,黄麻纤维毡和黄麻纱线经改性后,复合材料的降解速度减慢。且降解速度UJ/PLA(未处理黄麻/PLA)>AJ/PLA(碱处理黄麻/PLA)>SJ/PLA(偶联剂处理黄麻/PLA)。随着纤维体积含量的增加,复合材料降解速度增大。