以茶廢棄物（TW）為填料、聚乳酸（PLA）為基體,二苯基甲烷二異氰酸酯（MDI）為偶聯(lián)劑,經(jīng)密煉-注塑工藝制備了TW/PLA復(fù)合材料,考察了MDI對該復(fù)合材料結(jié)構(gòu)與性能的影響。結(jié)果表明,MDI的添加改善了TW與PLA的界面相容性,提高了TW/PLA復(fù)合材料的力學(xué)性能、儲能模量、玻璃化轉(zhuǎn)變溫度及熱穩(wěn)定性,降低了復(fù)合材料吸水率。在MDI添加量為TW用量的2%時,復(fù)合材料的力學(xué)性能最佳,與未增容TW/PLA復(fù)合材料相比,其拉伸強度、彎曲強度及缺口沖擊強度分別提高18.9%、17.6%和7.2%,拉伸模量和彎曲模量分別提高12.6%和30.6%。 

【文章來源】：塑料工業(yè). 2016年11期 第127-131+151頁 北大核心

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【部分圖文】：

PLA及MDI增容前后TW/PLA(30/70)復(fù)合材料的拉伸應(yīng)力－應(yīng)變曲線

端與PLA中的端基反應(yīng)結(jié)合，起到偶聯(lián)TW與PLA作用，提高二者界面結(jié)合強度(如圖2所示)。但在MDI添加量較少時，TW和PLA、MDI的反應(yīng)作用不足，難以在界面上形成有效的偶聯(lián)區(qū)域，增容作用不理想。MDI用量過多時，則會在PLA或者TW上層積過多的偶聯(lián)劑分子，反而會形成弱界面層，導(dǎo)致復(fù)合材料力學(xué)性能出現(xiàn)一定程度下降［13］。在MDI添加量為TW的2%時，與未增容TW/PLA復(fù)合材料相比，MDI增容TW/PLA復(fù)合材料的拉伸強度、彎曲強度及缺口沖擊強度分別提高了18.9%、17.6%和7.2%，拉伸模量和彎曲模量分別提高了12.6%和30.6%。圖2MDI對TW/PLA(30/70)復(fù)合材料的界面增容作用示意圖Fig2TheschemeofinterfacialcompatibilizationofTW/PLA(30/70)compositesbyMDI2.2TW/PLA復(fù)合材料界面形態(tài)分析如圖3所示，TW在微觀形態(tài)可呈纖維狀、短棒狀或者顆粒狀等，表明其纖維性較差(圖3a)。在沒有添加MDI時，TW與PLA的界面處可見明顯的空隙，界面光滑，且TW出現(xiàn)被拉伸而滑移的痕跡(圖3b)。這是由于TW表面富含羥基，極性大，而PLA為非極性基體，二者熱力學(xué)不相容，因此界面結(jié)合強度不足，導(dǎo)致復(fù)合材料在受外力作用時，應(yīng)力不能有效傳遞到TW上，力學(xué)性能不理想。從圖3c可知，經(jīng)MDI增容后的TW/PLA復(fù)合材料拉伸斷面變粗糙，a－TWTW/PLA(30/70)(無MDI)·129·

塑料工業(yè)2016年c－TW/PLA(30/70)(添加MDI)圖3MDI增容前后TW/PLA(30/70)復(fù)合材料的拉伸斷面SEM圖(×400)(圓圈標(biāo)注處為填料TW)Fig3SEMsoftensilefracturesurfacesofTW/PLA(30/70)compositeswithorwithoutMDI(×400)TW與PLA的界面空隙明顯較小甚至消失，TW被拉斷但沒有滑移的痕跡，說明MDI改善了TW與PLA的界面相容性和結(jié)合強度，進而提高復(fù)合材料的力學(xué)性能。2.3TW/PLA復(fù)合材料動態(tài)熱機械性能分析a－儲能模量－溫度b－介電損耗角正切－溫度圖4TW/PLA(30/70)復(fù)合材料動態(tài)熱機械性能Fig4DynamicthermalmechanicalpropertiesofTW/PLA(30/70)composites由圖4a可知，增容前后復(fù)合材料的儲能模量隨溫度升高而逐漸下降，但在相同溫度下MDI增容后TW/PLA復(fù)合材料儲能模量要高于未增容復(fù)合材料。這是由于MDI在TW與PLA之間的界面偶聯(lián)作用一定程度上束縛了PLA的鏈段運動，因此儲能模量變高。從圖4b可知，TW/PLA復(fù)合材料在71.3℃附近出現(xiàn)了一個損耗峰，代表了PLA基體的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度。MDI增容復(fù)合材料在71.8℃出現(xiàn)損耗峰，相比增容前提高了0.5℃。一般而言，玻璃化轉(zhuǎn)變溫度越高，表示聚合物剛性越大，鏈段運動越困難［14］，MDI增容后PLA玻璃化轉(zhuǎn)變溫度出現(xiàn)微弱的提高，主要是由于MDI的界面偶聯(lián)作用，對PLA的鏈段運動起到了一定程度的束縛作用。2.4TW/PLA復(fù)合材料熱重性能分析a－TG曲線b－DTG曲線圖5MDI增容前后TW/PLA(30/70)復(fù)合材料的TG和DTG曲線Fig5TGAandDTGcurvesofTW/PLA(30/70)compositeswithorwithoutMDI從圖5a可知，TW/PLA復(fù)合材料增容前后熱解失重曲線基本相似，其熱解失重主要包括3個階段:①室溫～120℃是TW中的水分、部分抽提物及少量半纖維素?zé)峤馐е厮?②在240～375℃之間，復(fù)合材料出現(xiàn)了快速熱解失?

【參考文獻】：
期刊論文
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本文編號：2902455