聚乳酸(PLA)是一種熱塑性樹脂,原料主要為馬鈴薯、玉米等,具有優(yōu)異的生物相容性和可完全降解的特性,其降解產物為H_2O和CO_2。然而,PLA也存在先天不足,其在空氣中易燃、融滴現(xiàn)象嚴重且韌性差的缺點在很大程度上限制了其產品的廣泛應用,因此需要對PLA進行阻燃和增韌改性。本文在綜述了PLA無鹵阻燃研究現(xiàn)狀的基礎上,提出用超細硫酸鋇(BaSO_4)及竹纖維(BF)為改性劑,用熔融共混工藝制備環(huán)境友好PLA復合材料,并對其微結構、力學性能、熱穩(wěn)定性及燃燒特性進行了較為系統(tǒng)的研究。主要研究內容如下:1.利用超細BaSO_4作為改性劑,通過熔融共混制備PLA/BaSO_4復合材料。借助極限氧指數(shù)(LOI)、熱重分析(TGA)、垂直燃燒(UL-94)和萬能試驗機等測試手段對考察了BaSO_4的添加量對PLA/BaSO_4復合材料的熱穩(wěn)定性、燃燒行為和力學性能的影響規(guī)律。燃燒結果表明,純PLA的LOI僅為21.6%;當BaSO_4的添加量為5.0%~20.0%時,復合材料的LOI值提高至21.5%~22.6%,UL-94阻燃等級達到V-2級,但當BaSO_4的添加量進一步增加到25.0%時,反而導致LOI值下降至21.8%。TGA分析發(fā)現(xiàn),隨著BaSO_4含量的增加,復合材料的殘?zhí)柯拭黠@增加。力學測試顯示,隨BaSO_4含量的增加,PLA復合材料的沖擊韌性呈現(xiàn)先上升后下降的變化趨勢,當添加量為10.0%時,沖擊韌性達到最大值,21.98 kJ/m~2,相較純PLA增加了52.7%;但過多的BaSO_4反而會降低PLA/BaSO_4復合材料的沖擊韌性。2.采用苯基磷酸(PHPA)對BF進行阻燃改性(記為BF/PHPA),并制備BF/PHPA/PLA復合材料。結果表明BF/PHPA的加入可以在一定程度上提高BF/PHPA/PLA復合材料的阻燃性能。隨著添加量的增加,LOI值也隨之增大,當添加量從7.5%提高到50.0%,LOI值從24.5%增加到27.0%,盡管試樣的UL-94阻燃等級沒有明顯變化,均為V-2級。這主要是由于BF的引入促進形成了較為致密的殘?zhí)繉?起到了隔絕空氣和保護材料的效果。TGA結果表明BF/PHPA可以明顯提高PLA的高溫熱穩(wěn)定性,增加殘?zhí)柯?但卻降低了其力學性能,這與兩者間存在明顯的界面分離密切相關。3.采用植酸(PA)對BF進行改性(記為BF/PA),并制備BF/PA/PLA復合材料。結果表明,當BF/PA的添加量從7.5%增加到50.0%時,BF/PA/PLA復合材料的LOI值從24.1%顯著提高到30.5%。UL-94阻燃等級相應地從V-2級提高到V-0級,且無明顯融滴現(xiàn)象。與BF/PHPA相比,BF/PA能夠明顯提高PLA復合材料的阻燃性能,形成完整致密的焦炭層,顯示出了更為優(yōu)異的隔熱、隔氧和保護基體的特性。TGA結果顯示,BF/PA/PLA復合材料的高溫熱穩(wěn)定性得到明顯提升,其殘?zhí)柯蚀蠓黾印ＡW測試表明,與未改性BF及BF/PHPA相比,BF/PA對PLA具有一定的增韌效果。SEM觀察發(fā)現(xiàn),當添加量較小時,BF/PA在PLA基體中分散較為均勻,具有較好的界面相容性;與BF/PHPA相比,盡管BF/PA的存在也導致了材料力學性能的下降,但其降幅要明顯低于前者。圖[34]表[14]參[82]
【學位單位】：安徽理工大學
【學位級別】：碩士
【學位年份】：2019
【中圖分類】：TB332;TQ323.41
【部分圖文】：

周松等[48]同樣采用 NaOH 溶液處理 BF，并制備了乙烯-醋酸乙烯酯共聚(EVA)/BF 復合材料，主要對材料力學性能以及熱性能等進行了分析。研究表堿處理后的 BF 可以提高 EVA/BF 復合材料的剛性。2. 蒸汽爆破處理為了克服 BF 與基體之間界面相容性差的問題，何福善等[49]采用對 BF 進蒸汽爆破處理的方法以探索復合材料相界面結合度與性能之間的關系，研究表經過蒸汽爆破處理后的復合材料其沖擊強度提高了 10%以上，并且蒸爆處理可改善材料的高溫穩(wěn)定性和耐磨性，作者認為原因在于經過蒸爆處理的 BF 外表發(fā)生變化，呈現(xiàn)棉絮樣的形態(tài)，其表面具有明顯的細小溝壑(圖 1)，意味著其表面積增大，有利于提高與基體的界面結合性。

2.3 結果與討論2.3.1 LOI 和 UL 94 測試結果分析表 3 PLA/BaSO4復合材料 LOI 及 UL 94 測試結果Table3 The LOI and UL-94 test results of PLA/BaSO4compositesNumber Samples PLA BaSO4LOI UL 941 100/0 100 0 21.6% V-22 95/5 95 5 21.5% V-23 90/10 90 10 22.5% V-24 85/15 85 15 22.6% V-25 80/20 80 20 22.6% V-26 75/25 75 25 21.8% 無級別1 2 3 4 5 6

了大量了粒子簇以及空穴，降低了阻隔效應。 表明復合材料的融滴現(xiàn)象有所改善。當 BaSO4的添加嚴重，隨著添加量的增加，融滴現(xiàn)象逐漸改善(樣品 3 25.0%時，融滴現(xiàn)象又較為嚴重，根據(jù) 2.3.4 節(jié)中的 S BaSO4的添加量增大，在復合材料中形成粒子簇以及應。試分析
【參考文獻】

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本文編號：2873886