本文關(guān)鍵詞：改性劍麻纖維及其增強(qiáng)聚乳酸復(fù)合材料的性能研究

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【摘要】：隨著石化資源的短缺和環(huán)境污染的日益嚴(yán)重,生物可降解復(fù)合材料得到了越來越多的關(guān)注和研究。劍麻纖維(SF)具有許多合成纖維無法比擬的優(yōu)點(diǎn),利用其增強(qiáng)生物可降解聚合物聚乳酸(PLA),既可以降低聚乳酸的成本,拓寬其應(yīng)用范圍,同時(shí)對實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展具有重要的意義。本文基于未處理劍麻纖維(USF)與聚乳酸基體界面相容性差的缺陷,采用L-丙交酯接枝共聚工藝,在劍麻纖維表面通過接枝共聚反應(yīng)接枝上聚乳酸,以改善劍麻纖維與聚乳酸基體的界面相容性,通過提高復(fù)合材料的界面性能最終提高其綜合性能。采用正交試驗(yàn)研究了接枝反應(yīng)工藝參數(shù)對接枝率的影響,同時(shí)與未處理劍麻纖維進(jìn)行對比,研究了堿處理改性劍麻纖維(ASF)和接枝處理改性劍麻纖維(SF-g-LA)表面形貌、熱穩(wěn)定性、拉伸強(qiáng)度、拉伸模量等的差異。將改性及未改性的劍麻纖維分別與PLA基體開煉共混制備復(fù)合材料,并與純PLA進(jìn)行對比,研究了劍麻纖維預(yù)處理工藝對復(fù)合材料的熱性能、結(jié)晶性能和力學(xué)性能等的影響。同時(shí)還研究了退火處理對復(fù)合材料熱性能和結(jié)晶性能的影響,使用凝膠滲透色譜儀(GPC)研究了復(fù)合材料在開煉共混過程中分子量的變化。本文最后探討了Fukuda拉伸性能計(jì)算模型的適用性。結(jié)果表明:經(jīng)過堿處理后,劍麻纖維直徑變小,表面小分子物質(zhì)如半纖維素、木質(zhì)素等被除去,熱穩(wěn)定性提高,拉伸強(qiáng)度和拉伸模量降低。劍麻纖維在接枝處理后,表面接枝上了聚乳酸,纖維直徑略有增大,但是熱穩(wěn)定性降低,拉伸強(qiáng)度和拉伸模量進(jìn)一步降低。引發(fā)劑含量是影響L-丙交酯接枝反應(yīng)接枝率最重要的因素,接枝率隨著引發(fā)劑含量的增大迅速增大隨后趨于穩(wěn)定,但是接枝率的增加不會(huì)造成纖維熱穩(wěn)定性的降低。聚乳酸基體中加入劍麻纖維后,復(fù)合材料的熱穩(wěn)定性比純PLA有所降低,起始熱分解溫度Ti和最大熱分解速率溫度Tmax也都降低。劍麻纖維的加入導(dǎo)致復(fù)合材料中PLA的相對分子質(zhì)量降低,同時(shí)加快了PLA的結(jié)晶過程,提高了復(fù)合材料的結(jié)晶度,其中PLA/SF-g-LA的結(jié)晶度提高最大。偏光顯微鏡結(jié)果表明,聚乳酸基體在劍麻纖維表面形成了一層橫晶,PLA/SF-g-LA的橫晶層厚度最大;退火處理可以同時(shí)提高復(fù)合材料的晶體完善程度、玻璃化轉(zhuǎn)變溫度和結(jié)晶度。未處理劍麻纖維的加入使得復(fù)合材料的拉伸強(qiáng)度和彎曲強(qiáng)度相對于純PLA有所降低,拉伸模量、彎曲模量和沖擊強(qiáng)度隨著纖維含量的增加整體上呈遞增趨勢;對于PLA/ASF和PLA/SF-g-LA復(fù)合材料,加入改性處理劍麻纖維后隨著劍麻纖維含量的增加,復(fù)合材料的拉伸強(qiáng)度、拉伸模量、彎曲強(qiáng)度和彎曲模量均增大,而劍麻纖維含量過高時(shí),沖擊強(qiáng)度反而略有降低,但是當(dāng)劍麻纖維含量相同時(shí)二者的沖擊強(qiáng)度均比未處理劍麻纖維增強(qiáng)的PLA/USF復(fù)合材料要高。三種復(fù)合材料的斷裂伸長率均隨著劍麻纖維的加入而降低。三種劍麻纖維相比,SF-g-LA增強(qiáng)聚乳酸復(fù)合材料的力學(xué)性能最優(yōu)。未處理劍麻纖維與PLA基體的界面相容性最差,經(jīng)過堿處理后纖維與PLA基體之間的界面相容性略有改善,接枝處理能夠大大提高纖維和PLA基體之間的界面相容性。Fukuda模型引入纖維壓縮率K后的擬合模型更接近于實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù),在采用擬合模型計(jì)算復(fù)合材料力學(xué)性能時(shí)必須考慮纖維壓縮率的影響。
【學(xué)位授予單位】：華南理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TB332

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本文編號：1231841