通過雙螺桿擠出機(jī)共混制備了不同方法改性的木纖維/聚乳酸可生物降解復(fù)合材料,利用DSC、SEM、DMA、沖擊和拉伸力學(xué)性能測試等手段,對比分析了木纖維的不同改性處理方式對復(fù)合材料熱性能、界面形態(tài)和力學(xué)性能的影響.結(jié)果表明:復(fù)合材料的聚乳酸結(jié)晶動力學(xué)明顯得到改善,木纖維促進(jìn)了聚乳酸的異相成核過程.改性后的木纖維聚乳酸復(fù)合材料界面結(jié)合和力學(xué)性能均得到明顯改善,以性能最優(yōu)的硅烷偶聯(lián)劑處理的木纖維和聚乳酸復(fù)合材料為例,其拉伸應(yīng)力（62.1MPa）、楊氏模量（4525.0MPa）和沖擊強(qiáng)度（11.5k J/m²）比純聚乳酸分別提高2.9%,36.0%和14.0%. 

【文章來源】：分子科學(xué)學(xué)報. 2016,32(06)北大核心CSCD

【文章頁數(shù)】：7 頁

【部分圖文】：

純PLA和幾種復(fù)合材料的DSC升溫曲線

察,雙峰中低溫熔融峰所占總?cè)廴诜迕娣e的比率從小到大依次為SAWF/PLA＜WF/PLA＜HBWF/PLA＜AAWF/PLA＜AWF/PLA＜PLA,與冷結(jié)晶的能力大小正好相反.這說明在相同的預(yù)處理條件下,復(fù)合材料冷結(jié)晶能力越強(qiáng),DSC升溫過程中高分子鏈段結(jié)晶有序化程度越高,則低溫熔融峰所占總?cè)廴诜迕娣e的比率越低.DSC升溫曲線顯示,5種材料的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度一致;均出現(xiàn)明顯的冷結(jié)晶行為,復(fù)合材料冷結(jié)晶能力提高;復(fù)合材料雙熔融峰明顯,峰值溫度差別不大;復(fù)合材料中PLA升溫?zé)釀恿W(xué)行為發(fā)生顯著變化,冷結(jié)晶過程中形成了完善度不同的有序結(jié)構(gòu).2.2力學(xué)分析圖2a為純PLA及復(fù)合材料拉伸性能柱狀圖示.以WF/PLA為例,拉伸應(yīng)力和楊氏模量比純PLA有所提高,尤其是楊氏模量提高明顯(比純PLA提高13.5%),這說明木纖維的添加有效改善了復(fù)合材料的力學(xué)性能.堿處理的木纖維復(fù)合材料AWF/PLA的拉伸應(yīng)力達(dá)到62.5MPa,楊氏模量為4038.2MPa,較WF/PLA拉伸應(yīng)力和楊氏模量分別提高3.2%和7.0%.堿處理過程使得木質(zhì)纖維與PLA潛在的氫鍵作用結(jié)合力顯著提升,改善了木質(zhì)纖維與聚乳酸的相容性;另外,堿處理去除了木纖維中的不純凈物質(zhì)、部分半纖維素和果膠等成分,促使更多的粗化和原纖維的形成,因而機(jī)械鎖和能力進(jìn)一步加強(qiáng).綜合作用導(dǎo)致AWF/PLA界面結(jié)合力得到提高,復(fù)合材料的力學(xué)性能得以改善.木纖維在堿處理的基礎(chǔ)上,進(jìn)一步經(jīng)過乙酰化、HBPE接枝和硅烷偶聯(lián)劑處理,使在纖維表面引入功能基團(tuán)如氫鍵、酯基和硅氧鍵,活性基團(tuán)的相互作用降低了木纖維在復(fù)合材料中的表面張力,與PLA結(jié)合能力提高,改善了木纖維與PLA的界面浸潤能力.經(jīng)過進(jìn)一步處理的木纖維的復(fù)合材料楊氏模量持續(xù)增大,拉伸應(yīng)力基本保持不變.以SAWF/PLA為例,其拉伸應(yīng)力為62.1MPa,楊氏模量為4525.0MPa,較未處理過木纖維的復(fù)合材料拉伸應(yīng)力和楊氏模量分別提高2.7%

第6期宋慶龍,等：改性木纖維/聚乳酸復(fù)合材料的制備與性能研究457顯的SAWF/PLA增加到11.48kJ/m2,比純PLA沖擊強(qiáng)度提高14.0%.經(jīng)過改性的木纖維改善了PLA基體脆性大的缺陷,復(fù)合材料沖擊性能得到改善.由圖2b可知硅烷偶聯(lián)劑改性后的木纖維復(fù)合PLA對材料韌性的改善最為顯著.這可能是由于KH570中的硅氧基團(tuán)完成水解后吸附在木纖維表面,形成的化學(xué)鍵鍵能較大、結(jié)合牢固,最大程度的改善了纖維聚乳酸之間界面的相容性,復(fù)合材料的韌性提高相對明顯.2.3形貌分析由圖3可以看到,純PLA材料沖擊斷面比較光滑,屬于典型的脆性斷裂;WF/PLA復(fù)合材料沖擊斷面不平整,有許多空洞顯示,這是纖維拔出的現(xiàn)象.木纖維表面比較光滑,輪廓清晰可見,與基體兩相間界限比較明顯;AWF/PLA復(fù)合材料沖擊斷面中仍然有纖維拔出,堿處理過程使得纖維尺寸分布范圍降低,粗化纖維的形成使得纖維表面有效粘附聚乳酸,基體對纖維的浸潤比未處理過的有一定的提升,復(fù)合材料兩相間界面相容性得到改善;AAWF/PLA復(fù)合材料沖擊斷面中纖維拔出現(xiàn)象得以改善,木纖維被聚乳酸包裹,輪廓模糊,木纖維與基體兩相間的界限不明顯;在HBWF/PLA復(fù)合材料沖擊斷面中,幾乎看不到纖維被拔出,木纖維與基體之間的界面相容性亦較WF/PLA和AWF/PLA得到提高,界面有個別稍大孔洞現(xiàn)象.SAWF/PLA復(fù)合材料沖擊斷面中比較光滑,界面沒有發(fā)現(xiàn)纖維拔出,纖維被緊緊包裹在基體中,界面空洞少而小,基體對木纖維的浸潤程度明顯提升.木纖維表面改性處理對纖維-基體之間的界面性質(zhì)有著十分重要的影響.通過化學(xué)方法改性木纖維能夠在纖維與聚合物間形成足夠的界面黏結(jié),弱的界面作用將導(dǎo)致聚合物基體和纖維之間載荷傳遞變差,而強(qiáng)的界面結(jié)合會導(dǎo)致材料的斷裂伸長率下降.結(jié)合熱分析和力學(xué)分析結(jié)果,認(rèn)為硅烷偶聯(lián)劑改性的木纖維與PLA表面結(jié)合力適中,木纖維與

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