本文關(guān)鍵詞：聚乳酸基苧麻增強(qiáng)復(fù)合材料的制備及性能研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：近些年來(lái),隨著能源短缺和環(huán)境污染兩大問(wèn)題的日益突出,不依賴石油資源的可再生的可生物降解的高分子材料的研究以及應(yīng)用成為熱點(diǎn)。聚乳酸纖維和聚乳酸樹脂是較早成為替代環(huán)氧樹脂、酚醛樹脂等的新型生物基材料之一。聚乳酸高聚物是由可再生的植物資源如玉米、土豆以及小麥和玉米秸稈等所提煉出的淀粉或多糖為原料制備而成的。由于聚乳酸的制備已經(jīng)歷了將近84年的改革創(chuàng)新,使其具有原料來(lái)源充足,制備方法多樣,加工技術(shù)成熟,生產(chǎn)成本低的優(yōu)點(diǎn),因此可以逐漸取代來(lái)源于石油原材料的通用塑料如聚丙烯和聚乙烯等,從而可大大減少對(duì)石油資源的依賴。天然植物纖維增強(qiáng)可生物降解的熱塑性樹脂制備的復(fù)合材料,由于其原材料的可再生性和用后廢棄材料的可生物降解性而在復(fù)合材料領(lǐng)域里得到了越來(lái)越多的關(guān)注,相比玻璃纖維,碳纖維等增強(qiáng)纖維,天然植物纖維如各種麻纖維等具備密度小、比強(qiáng)度高、柔韌性好、絕緣、隔熱、表面相對(duì)粗糙等特點(diǎn),并且價(jià)廉、資源豐富、可回收、可降解等優(yōu)點(diǎn),可以取代傳統(tǒng)增強(qiáng)纖維充當(dāng)復(fù)合材料增強(qiáng)體。采用天然麻纖維增強(qiáng)聚乳酸,彌補(bǔ)了其質(zhì)脆、模量低、易彎曲變形以及不耐熱的缺陷,拓寬了聚乳酸的應(yīng)用領(lǐng)域。苧麻纖維(RF)具有傳統(tǒng)纖維所無(wú)法比擬的諸多優(yōu)點(diǎn),如較高的比強(qiáng)度和比模量等力學(xué)性能,纖維素含量高,因此,可作為良好的增強(qiáng)組分制備復(fù)合材料。苧麻增強(qiáng)聚乳酸(pla)制備生物降解復(fù)合材料,不僅可以降低聚乳酸的使用成本并提高其綜合使用性能,提升聚乳酸的性價(jià)比,進(jìn)一步拓展聚乳酸復(fù)合材料的應(yīng)用范圍,而且由于該種復(fù)合材料的可完全降解性,能夠?qū)鉀Q能源短缺,環(huán)境污染問(wèn)題發(fā)揮較大作用,對(duì)實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展有著重要的現(xiàn)實(shí)意義。本文主要就聚乳酸基苧麻增強(qiáng)復(fù)合材料的制備及性能進(jìn)行研究。首先應(yīng)用化學(xué)改性中的堿液處理原理,采用適當(dāng)濃度的堿液室溫下處理苧麻纖維,進(jìn)一步去除纖維表面雜質(zhì),增大纖維表面積,改善苧麻纖維與基體間的界面性能,并通過(guò)測(cè)試?yán)w維浸潤(rùn)角、掃描電鏡(sem)、紅外光譜(ir)、x-射線(xrd)等手段進(jìn)一步表征改性纖維的性能。然后使用模壓成型工藝制備了改性苧麻纖維增強(qiáng)聚乳酸基復(fù)合材料,并通過(guò)單因子實(shí)驗(yàn)研究了纖維比例、模壓溫度、模壓時(shí)間和模壓壓強(qiáng)等對(duì)復(fù)合材料拉伸和彎曲性能的影響;采用正交試驗(yàn)進(jìn)一步優(yōu)化模壓工藝,并研究了表面堿液處理改性對(duì)復(fù)合材料拉伸和彎曲性能的影響。另外又研究了復(fù)合材料采用自然堆肥土埋降解方法時(shí)質(zhì)量殘留率,微觀形貌,表觀形貌的變化。研究結(jié)果表明:當(dāng)堿液濃度為7%時(shí),苧麻纖維拉伸強(qiáng)力最大,為42.50cn,拉伸斷裂伸長(zhǎng)率為4.26%,拉伸強(qiáng)度為11.30cn/dtex;纖維的浸潤(rùn)角為38.1°,纖維浸潤(rùn)性有所改善;掃描電鏡分析顯示苧麻纖維表面干凈,有效地去除了纖維表面的果膠,蠟質(zhì),灰分等雜質(zhì),并且有均勻分布的縱紋和原纖出現(xiàn),這更利于改善兩相界面的相容性;ir分析顯示,堿液預(yù)處理不會(huì)改變苧麻纖維的結(jié)構(gòu),只是去除了表面的果膠,灰分等雜質(zhì);XRD結(jié)果分析顯示,堿液預(yù)處理不會(huì)改變纖維的纖維素結(jié)構(gòu),但苧麻纖維的結(jié)晶度由64.1增加到66.9。通過(guò)單因子和正交試驗(yàn)拉伸和彎曲性能的數(shù)據(jù)分析得到模壓最優(yōu)工藝為:模壓壓強(qiáng)7MPa,模壓溫度175℃,模壓時(shí)間8min,纖維配比4:6;此時(shí)復(fù)合材料的拉伸強(qiáng)力為1450N,拉伸模量為640MPa,彎曲強(qiáng)力為63.7N,彎曲模量為64.6 MPa,而未處理的苧麻纖維增強(qiáng)聚乳酸制備的復(fù)合材料的拉伸強(qiáng)力為954 N,拉伸模量為274MPa,彎曲強(qiáng)力為29.3 N,彎曲模量為59.39MPa,通過(guò)未處理的苧麻纖維和堿處理的苧麻纖維復(fù)合材料拉伸和彎曲性能比較,得出經(jīng)過(guò)堿處理的苧麻纖維增強(qiáng)復(fù)合材料有效地改善了苧麻纖維和聚乳酸之間的界面相容性;通過(guò)復(fù)合材料拉伸彎曲斷面SEM圖分析得出,堿液處理有效地改善了復(fù)合材料界面層的缺陷。聚乳酸基苧麻增強(qiáng)復(fù)合材料的降解是一個(gè)由內(nèi)及外的過(guò)程。聚乳酸的降解比較緩慢,隨著降解周期的延長(zhǎng),復(fù)合材料表面的親水性苧麻纖維首先吸收大量水分,并促進(jìn)纖維周圍的聚乳酸快速發(fā)生水解,隨著時(shí)間的增加,表面褐色區(qū)域加深并逐漸擴(kuò)大到整個(gè)復(fù)合材料表面,伴隨著復(fù)合材料表面殘?jiān)撀?進(jìn)一步深入降解復(fù)合材料裸露的內(nèi)部結(jié)構(gòu),復(fù)合材料土埋堆肥降解90天時(shí)質(zhì)量殘留率為36.93%。
【關(guān)鍵詞】：聚乳酸 苧麻纖維 堿處理 拉伸性能 彎曲性能 降解性能
【學(xué)位授予單位】：東華大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：TB332
【目錄】：

• 摘要5-8
• ABSTRACT8-12
• 第一章緒論12-23
• 1.1 聚乳酸基復(fù)合材料概述12-20
• 1.1.1 聚乳酸概述12-14
• 1.1.2 苧麻纖維概述14-17
• 1.1.3 聚乳酸基復(fù)合材料的制備17-19
• 1.1.4 聚乳酸基復(fù)合材料的應(yīng)用19-20
• 1.2 聚乳酸基復(fù)合材料國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀20-21
• 1.3 本課題研究的內(nèi)容及意義21-23
• 1.3.1 課題研究?jī)?nèi)容21-22
• 1.3.2 課題研究意義22-23
• 第二章實(shí)驗(yàn)材料及實(shí)驗(yàn)方法23-28
• 2.1 實(shí)驗(yàn)材料及儀器設(shè)備23
• 2.1.1 材料23
• 2.1.2 實(shí)驗(yàn)儀器設(shè)備23
• 2.2 纖維測(cè)試方法23-25
• 2.2.1 掃描電子顯微鏡測(cè)試（SEM）23-24
• 2.2.2 拉伸強(qiáng)度測(cè)試24
• 2.2.3 浸潤(rùn)性測(cè)試24
• 2.2.4 傅里葉紅外光譜測(cè)試（FTIR）24
• 2.2.5 X射線衍射分析測(cè)試(XRD)24-25
• 2.2.6 差失掃描量熱議測(cè)試（DSC）25
• 2.3 聚乳酸基苧麻增強(qiáng)復(fù)合材料的性能表征25-27
• 2.3.1 拉伸性能測(cè)試25-26
• 2.3.2 彎曲性能測(cè)試26
• 2.3.3 掃描電子顯微鏡測(cè)試（SEM）26
• 2.3.4 質(zhì)量殘留率測(cè)試26-27
• 2.3.5 降解表面顯微鏡測(cè)試27
• 2.4 本章小結(jié)27-28
• 第三章堿預(yù)處理對(duì)苧麻纖維性能的影響28-35
• 3.1 纖維堿預(yù)處理方案28
• 3.2 結(jié)果與討論28-34
• 3.2.1 單纖維拉伸強(qiáng)度28-30
• 3.2.2 纖維表面浸潤(rùn)性30-32
• 3.2.3 纖維表面微觀形態(tài)32
• 3.2.4 傅里葉全反射紅外光譜分析32-33
• 3.2.5 纖維XRD圖譜分析33-34
• 3.3 本章小結(jié)34-35
• 第四章聚乳酸基苧麻增強(qiáng)復(fù)合材料制備工藝及優(yōu)化35-55
• 4.1 復(fù)合材料的制備35-36
• 4.2 制備工藝對(duì)復(fù)合材料性能的影響36-46
• 4.2.1 纖維配比的影響36-39
• 4.2.2 模壓溫度的影響39-41
• 4.2.3 模壓時(shí)間的影響41-43
• 4.2.4 模壓壓強(qiáng)的影響43-46
• 4.3 復(fù)合材料制備工藝正交實(shí)驗(yàn)優(yōu)化46-53
• 4.3.1 復(fù)合材料制備工藝優(yōu)化實(shí)驗(yàn)方案46-47
• 4.3.2 最優(yōu)工藝的確認(rèn)47-51
• 4.3.3 改性處理對(duì)復(fù)合材料機(jī)械性能的影響51
• 4.3.4 斷面微觀形貌分析51-53
• 4.4 本章小結(jié)53-55
• 第五章復(fù)合材料的降解性能55-60
• 5.1 土埋堆肥降解復(fù)合材料實(shí)驗(yàn)方案55
• 5.2 復(fù)合材料降解過(guò)程中大氣環(huán)境測(cè)試55-56
• 5.3 降解過(guò)程中復(fù)合材料的變化56-59
• 5.3.1 質(zhì)量殘留率的變化56-57
• 5.3.2 表面形貌的變化57-58
• 5.3.3 微觀形貌的變化58-59
• 5.4 本章小結(jié)59-60
• 第六章結(jié)論與展望60-62
• 6.1 結(jié)論60-61
• 6.2 展望61-62
• 參考文獻(xiàn)62-66
• 攻讀學(xué)位期間的研究成果66-67
• 致謝67

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4 佘瑋;c燦瓿，

本文編號(hào)：377638