木纤维/PLA复合材料非等温结晶过程研究

使用DSC对纯聚乳酸（PLA）、木纤维（WF）/PLA复合材料的熔融和非等温结晶过程进行测定和分析。结果显示木纤维的加入一定程度上会在影响PLA的结晶性能,能够促进PLA的异相成核从而提高其结晶度,但晶核密度的增加会减小晶核之间的空间从而阻碍结晶生长,并且降低结晶的生长速率。本研究还分别采用Avrami方程和莫志深方法对实验结果进行分析,结果表明在非等温结晶过程中,降温速率对PLA结晶性能的影响比较显著。降温速率越快,材料的结晶温度越低,形成结晶的形态也越不一致,结晶度也越低。     

木纤维含量对注塑成型木纤维/聚乳酸复合材料性能的影响

利用注塑成型的工艺方式制备木纤维/聚乳酸(PLA)复合材料,研究了较高木纤维含量对木纤维/PLA复合材料力学性能的影响。研究发现,木纤维的加入对复合材料体系的力学性能有显著的影响。加入木纤维后,复合材料的弯曲强度和拉伸强度都有微小的降低,弹性模量和拉伸模量有显著提高;但随着加入木纤维含量的提高,复合材料体系弯曲强度和拉伸强度会有所回升。     

光老化时间对旱柳枝桠材纤维/聚乳酸复合材料性能的影响

采用自然光对比不同纤维含量木纤维/聚乳酸复合材料进行光照老化试验,对比经过不同时间光照后材料的弯曲性能以及拉伸性能的变化,分析光照时间对材料力学性能的影响。结果显示,加入木纤维后,复合材料的弯曲强度和拉伸强度均出现了先下降后上升的趋势,说明加入一定量的木纤维会对复合材料体系起到一定的增强作用;在受到一定时间的自然光照射后,纯聚乳酸材料和木纤维/聚乳酸材料的弯曲性能和拉伸性能均有显著降低,含有木纤维的复合材料强度降低较少。     

淀粉干法酯化改性对淀粉/聚乳酸复合材料紫外老化性能的影响

以玉米淀粉为原料,马来酸酐(MAH)为酯化剂,通过干法合成马来酸酐酯化淀粉(ES)。FT-IR测试结果表明,玉米淀粉和MAH通过干法成功发生酯化反应。再将马来酸酐酯化淀粉和聚乳酸(PLA)通过熔融挤出法制备马来酸酐酯化淀粉/聚乳酸复合材料(ES/PLA)。采用紫外老化箱对复合材料进行加速老化处理,研究了干法酯化改性对复合材料老化性能的影响。FT-IR和SEM研究结果表明随着老化时间延长,复合材料中C—O、C—H和CO的吸收峰强度逐渐降低,破坏程度逐渐增大;老化时间相同时,ES/PLA中基团吸收峰强度大于原淀粉/PLA(NS/PLA),破坏程度小于NS/PLA;XRD和DSC结果表明,老化处理后2θ=21°处的结晶峰消失,且16.5°处出现PLA的结晶峰,表明淀粉的水解速率大于PLA;复合材料中PLA的结晶度随老化时间延长先增大,再减小,表明PLA中非结晶区先发生水解。受结晶度的影响,复合材料的热分解温度随着老化时间延长先增大,后减小,且ES/PLA的热稳定性优于NS/PLA。老化时间相同时,ES/PLA的机械性能优于NS/PLA,随着老化时间延长,NS/PLA和ES/PLA的机械强度逐渐降低。     

不同制备工艺对木纤维/聚乳酸复合材料性能影响

采用双螺旋挤出成型、模压成型和注塑成型3种不同成型工艺制备木纤维/聚乳酸复合材料,通过对比不同制备方法对复合材料密度、静曲强度、弯曲模量、拉伸强度和冲击韧性的影响可知:使用挤出成型方法制备的木纤维/聚乳酸复合材料的密度最大,各项物理力学性能也显著高于使用注塑法和模压成型制备的复合材料试件。     

水降解对木纤维/聚乳酸复合材料性能的影响

聚乳酸是一种强度较高的聚酯类材料,其良好的降解性能在保证了其环保优势的同时,也对其物理力学性能产生一定影响。本研究将木纤维/聚乳酸复合材料置于水环境中进行水解处理,然后测试复合材料的力学性能。结果显示,将复合材料放置在水中一段时间后,复合材料的弯曲性能和拉伸性能都显著下降,木纤维含量越高,材料性能下降越明显。这说明水环境使聚乳酸分子链发生了水解反应,使材料性能下降;同时,木纤维的吸水膨胀和干燥收缩也使材料界面薄弱点增加,使材料性能有所下降。     

木粉增强P34HB生物复合材料的制备及其结构性能表征

【目的】通过木粉纤维增强生物塑料聚3-羟基丁酸酯-co-4-羟基丁酸酯(P34HB),为生物复合材料的理论研究和生物可降解塑料的广泛应用提供科学依据和理论支持。【方法】以毛白杨木粉和P34HB为原料,采用共混热压法制备P34HB/木粉生物复合材料,基于电子扫描显微镜(SEM)、差示扫描量热法(DSC)、热重分析(TGA)、傅里叶红外光谱(FTIR)、动态热机械分析(DMA)和力学性能分析等手段对其结构和性能进行表征。【结果】随着木粉含量增加,生物复合材料的拉伸强度、断裂伸长率和弯曲强度先增加后减小,冲击强度逐渐下降,拉伸强度、弹性模量和杨氏模量分别增加89%、59%和103%,储能模量E′逐渐增加,tanδ峰值先下降后上升。生物复合材料的高频率模量大于低频率模量,动刚度比静刚度好。相比P34HB,生物复合材料的热分解区间变宽,热解速率变慢,热解剩余质量增加。【结论】随着木粉含量增加,P34HB分子链运动受阻,生物复合材料的储能模量和脆性增大;同时,木粉纤维的成核作用诱导P34HB形成结晶度高、层状结构发达的横晶层,木粉与P34HB之间界面结合力增强,力学性能和热稳定性明显提高。综合考虑,P34HB/木粉生物复合材料的最佳木粉加入量为50%。     

木纤维尺寸对聚乳酸木纤维复合材料性能的影响

采用3种长径比的杨木纤维作为原料,与聚乳酸复合制成木纤维/聚乳酸复合材料。通过对比3种复合材料的静曲强度、弹性模量、拉伸强度和冲击强度发现,含有中等尺寸木纤维复合材料的综合物理力学性能较高,而含有较小尺寸木纤维复合材料的拉伸强度较高,含有较大尺寸木纤维的样品综合性能较差。研究结果表明,纤维的分散性、体系的均匀性以及界面结合度对复合材料的各项物理力学性能影响最大,而木纤维的尺寸很大程度上决定了其分散性和界面结合面积,因此,添加适当尺寸的木材纤维能够对木纤维/聚乳酸复合材料的力学性能产生相应的增强效果。     

聚氨酯预聚体改性聚乳酸/木粉复合材料的制备及表征

通过共混挤出法制备聚氨酯预聚体(PUP)改性的聚乳酸/木粉(PLA/WF)复合材料,并对复合材料进行力学性能测试、动态热机械分析、接触角测量以及断面扫描电镜分析。力学性能分析表明:当PUP用量(以PLA和WF的质量计)为20%时,复合材料断裂弯曲应变和冲击强度分别为5.78%和18.3 k J/m2,较未改性的复合材料分别提高了209%和123%,PUP显示出较好的增韧效果。动态热机械分析表明:随着PUP用量的增加,复合材料中PUP相和PLA相的玻璃化转变温度均有所下降,并且储能模量显著降低,材料韧性得到改善。PUP的加入可显著提高复合材料对水的接触角,材料疏水性能得到改善。当PUP用量为25%时,接触角达83.7°,较未增韧复合材料接触角(66.6°)提高25.7%。拉伸断面的扫描电镜分析表明:添加PUP的复合材料断面有更多的木粉被拉出且空穴变多,断面更为不平整,呈现韧性断裂的特征。     

聚乳酸/三聚氯氰改性木粉/油胺复合材料的制备及表征

使用三聚氯氰(TCT)对原料杨木粉(RWF)进行改性,并使用改性木粉(TWF)与油胺(OAM)在聚乳酸(PLA)体系下反应后挤出制备复合材料。红外光谱表明:TCT的三嗪环结构连接到了木粉上,在反应挤出过程中,TWF接枝上了OAM。元素分析和滴定分析表明:TWF增加的氮元素与氯元素的物质的量比为2.91∶1,TCT上3个活性氯中的两个参与了反应。OAM加入导致PLA产生了降解,但复合材料PLA/TWF/OAM降解弱于PLA/RWF/OAM;在相同OAM用量下,PLA/TWF/OAM拉伸强度和弯曲强度均优于PLA/RWF/OAM;在相同木粉用量下,PLA/TWF/OAM的熔体流动速率大于PLA/RWF。动态力学性能分析表明:在相同OAM用量下,PLA/TWF/OAM与PLA/RWF/OAM相比具有较高的玻璃化转变温度。     

木聚糖酶改性对竹粉/聚乳酸复合材料性能的影响

植物纤维与树脂基材料在复合过程中存在相容性差的问题。为拓宽生物酶在植物纤维增强聚合物方面的应用,探讨利用木聚糖酶进行生物改性对植物纤维产生的影响,以生物酶木聚糖酶为改性剂、聚乳酸(PLA)作为基质,利用热压成型-冷压脱模工艺制备了改性竹粉/聚乳酸复合材料。采用单因素试验,控制木聚糖酶的浓度,通过傅里叶转换红外光谱(FT-IR)、力学测试、扫描电子显微镜(SEM)、热重分析(TG或TGA)等分析方法,研究了不同浓度木聚糖酶改性竹粉对复合材料性能的影响。结果表明:FT-IR显示,随着木聚糖酶浓度变大,半纤维素被逐渐降解,2.67 mg/L质量浓度时降解最佳;力学性能显示,当木聚糖酶的质量浓度为2.67 mg/L时,相比未处理组,复合材料的弯曲强度、拉伸强度分别提高15.0%和85.7%,但冲击强度降低5.2%,优于其他浓度;热重分析显示,当木聚糖酶的质量浓度为2.67 mg/L时,纤维最先被降解,热稳定性弱于其他组; SEM结果显示,竹粉经过木聚糖酶处理后,半纤维素被降解,纤维表面变得粗糙,与PLA结合强度变大,2.67 mg/L质量浓度时是复合材料性能最佳的水平。     

乙酰化木粉基复合材料的疏水与流变性能研究

通过双螺杆挤出、注塑方法制备了木粉(WF)、乙酰化木粉(AWF)与低密度聚乙烯(LDPE)、聚乳酸(PLA)的共混材料。采用吸水率测定、接触角测量、旋转流变仪、拉伸测试和扫描电镜(SEM)分别表征了共混材料的疏水、流变性能、力学性能和微观形貌结构。结果表明:由AWF制备的共混材料相比同质量比例的由WF制备的共混材料具有更好的疏水性能,吸水率发生了大幅度降低。随着材料中AWF含量的减少,共混材料的吸水率逐渐降低,接触角逐渐增大。流变测试表明AWF/LDPE共混材料在黏度和储能模量方面都低于WF/LDPE共混材料,AWF/LDPE共混材料的黏度和储能模量也随着AWF含量的减小而减小。力学性能测试显示由AWF制备得到的复合材料相比于由WF制备的复合材料的拉伸强度有所下降,断裂伸长率却有较大幅度的提升。SEM分析表明AWF与塑料基体的相容性得到了改善,两相之间共混分散结合更加紧密。     

聚乙二醇对表面改性CNF/PLA复合材料性能的影响

目前,溶液浇铸法制备纳米纤维素/聚乳酸复合材料,常将纳米纤维素直接加入聚乳酸,导致制备的复合材料各项机械性能普遍降低。为了改善其机械性能,笔者采用聚乙二醇2000作为塑化剂处理纳米纤维素,制备聚乳酸/纳米纤维素/聚乙二醇三相复合材料。通过对复合材料的微观形貌观测,力学性能分析和热稳定性分析来确定聚乙二醇的影响机制。试验结果表明,添加2%～4%聚乙二醇2000的三相复合材料的拉伸强度、撕裂强度与断裂伸长率得到了提高,材料的热稳定性相对纯聚乳酸发生了下降。而随着聚乙二醇含量逐渐增加至8%,材料的拉伸强度、撕裂强度与断裂伸长率都出现了降低,而其热稳定性回升,复合材料的玻璃化转化温度(TG)大约提升了5～6℃。同时,研究发现保持一定的聚乙二醇/纳米纤维素添加比例可获得分散均匀、性能优良的复合材料,团聚现象明显减少。综上,经过一定量的聚乙二醇2000表面改性可促进纳米纤维素在聚乳酸中的均匀分散,从而增强复合材料的综合机械性能。     

竹原长纤维制备及其增强聚丙烯复合材料研究

为开发适用于汽车内饰件的竹纤维增强复合材料,以福建省资源丰富的绿竹和聚丙烯膜(PP)为原料,通过分析碱液预处理工艺对竹片得率、竹纤维得率和白度等的影响,优化预处理工艺,制备生产效率高、长径比大的竹原长纤维(LBF);进一步研究热压工艺参数和LBF添加量对LBF/PP复合材料物理力学性能的影响,确定较佳的热压工艺和原料配方。实验结果表明:在处理温度100℃条件下,采用10%(质量分数)氢氧化钠、处理时间180 min的工艺预处理制得的LBF较竹片中的纤维素含量增加,木素含量下降,结晶度增大;LBF纤维平均长度为25.79 mm,长径比为173.02∶1.00,拉伸强度和拉伸模量分别为584.85 MPa和45.41 GPa。热压温度190℃、热压压力8 MPa、热压时间20 min、LBF质量分数为50%时,LBF/PP复合材料力学性能和耐水性能较佳,其拉伸强度、弯曲强度、弯曲模量、冲击强度分别达到31.55 MPa、46.11 MPa、2 833.80 MPa和28.55 kJ/m~2,24 h的吸水率和厚度膨胀率分别为14.19%和8.11%,可应用于硬质仪表板、杂物箱等汽车内饰件。扫描电镜结果显示,纤维表面粗糙,热压过程使熔融状态的PP渗透到LBF表面的孔隙,形成较好的物理机械结合。     

聚丙烯酸酯微球的制备及其增韧聚乳酸的研究

采用预乳化-半连续种子乳液聚合法,以丙烯酸丁酯(BA)和甲基丙烯酸甲酯(MMA)为主要单体(核层单体BA与MMA的质量比为9∶1;壳层单体BA与MMA的质量比为1∶9)合成了不同核层交联程度的聚丙烯酸酯微球(ACR),将其干燥后对聚乳酸(PLA)改性。研究了核壳型ACR的添加量及其核层交联程度对PLA力学性能的影响。结果表明,PLA的抗冲击强度随着ACR添加量的增加而增大,添加量为10%时增韧效果最好,抗冲击强度是纯的PLA的1.5倍,断裂伸长率由2%提高到11%,拉伸强度下降不大;随着核层交联剂用量的增加,PLA/ACR共混物的拉伸强度较纯的PLA下降很小,抗冲击强度明显升高,当核层交联剂添加量为4%时增韧效果最好,共混物的抗冲击强度是纯的PLA的3倍,拉伸强度仅下降了7%。     

捏合温度和木纤维水分对木纤维-聚乳酸复合材料中聚乳酸的影响

采用捏合法制备木纤维-聚乳酸(WF-PLA)复合材料。通过凝胶色谱法(GPC)和差示扫描量热法(DSC)研究捏合温度和木纤维水分对WF-PLA生物质复合材料中聚乳酸分子质量及热性能的影响。结果表明:捏合温度对WF-PLA生物质复合材料中PLA性能影响显著。随着捏合温度由180℃升高到200℃,WF-PLA复合材料中PLA的重均分子质量(M珚w)明显下降,数均分子质量(M珚n)在200℃时也明显下降,在190℃时,PLA分子多分散系数最小。不同捏合温度的WF-PLA复合材料中,PLA熔融温度略有不同,熔融温度变化与PLA分子质量相关。木纤维水分对捏合法制备的WF-PLA复合材料中PLA的分子质量和热性能的影响不显著。     

三种竹粉—聚乳酸(PLA)复合材料的物理力学性能及相容性研究

以聚乳酸(PLA)、竹粉为主要原料,通过双螺杆挤出工艺制备竹粉—聚乳酸(PLA)复合材料,研究了不同目数的竹粉及马兰酸酐接枝前后竹粉对竹粉—聚乳酸(PLA)复合材料的物理力学性能及相容性的影响。结果表明:同40目竹粉相比,采用100目竹粉、经马兰酸酐接枝后的竹粉制备的竹粉—聚乳酸(PLA)复合材料物理力学性能更高、同时流动性得到明显改善,主要原因是由于100目竹粉及经马兰酸酐接枝后,竹粉和聚乳酸(PLA)相容性得到明显提高。     

竹纤维/聚乳酸可降解复合材料的增塑改性

以竹纤维和聚乳酸(PLA)为原料,乙二醇、甘油、聚乙二醇400、尿素、甲酰胺和柠檬酸酯为增塑剂,通过熔融共混法制备了竹纤维/PLA可降解复合材料。探讨了一元增塑、二元复合增塑和三元复合增塑对竹纤维/PLA复合材料拉伸强度、抗弯强度、断裂伸长率和耐水性能的影响。试验结果表明,不同增塑剂对竹纤维/PLA复合材料的增塑效果不同,甘油增塑复合材料的拉伸强度和抗弯强度最大,甲酰胺增塑复合材料的断裂伸长率最大,柠檬酸酯增塑复合材料的耐水性能最优。二元复合增塑具有协同增塑效果,甘油/柠檬酸脂复合增塑竹纤维/PLA复合材料的拉伸强度和抗弯强度最大,乙二醇/甲酰胺复合增塑竹纤维/PLA复合材料的断裂伸长率最大,乙二醇/柠檬酸酯复合增塑竹纤维/PLA复合材料的耐水性能最优。三元复合增塑在获得较好相容性的同时,复合材料的韧性明显提高,甘油/柠檬酸酯/乙二醇、甘油/柠檬酸脂/甲酰胺复合增塑竹纤维/PLA复合材料不仅具有较高的强度,且断裂伸长率和耐水性能均较好,优于一元和二元增塑效果。     

层状α-磷酸锆的有机改性及其与聚乳酸复合材料研究

通过对层状α-磷酸锆进行二次改性,制备具有力学性能改善的聚乳酸复合材料。首先合成一种新型阳离子插层剂十一烷醇三甲基溴化铵(UHTB),并将其用于层状化合物α-磷酸锆(α-ZrP)的改性,制备得到UHTB与α-ZrP杂化物(UHTB-ZrP),然后,利用丙交酯原位聚合对UHTB-ZrP进行表面接枝改性,得到二次改性层状α-MZrP,进而采用溶液浇铸法制备聚乳酸/有机改性α-磷酸锆复合材料(PLA/MZrP)。分别用红外光谱分析仪、激光粒度仪、X射线衍射仪、扫描电镜、透射电镜、旋转流变仪和热重分析仪等对层状α-ZrP的插层过程、微观结构以及PLA/MZrP复合材料的流变性能和热稳定性等进行表征与分析。结果表明:经过一次改性可获得层间距达到1.40 nm的UHTB-ZrP,经两步改性可获得层间距达3.80 nm的MZrP,这种纳米片层能均匀分散在PLA基体中形成纳米复合结构,并使其力学性能、加工性能和热稳定性得到改善。当添加质量分数为1%的MZrP时,PLA/MZrP复合材料的拉伸强度从31.3 MPa提高到53.5 MPa,比纯PLA提高了70.9%,而复数黏度则随着MZrP含量的增加而显著降低。当添加质量分数为3%的MZrP时,在170℃10 Hz时其复数黏度从968.1 Pa·s降低到78.7 Pa·s,比纯PLA降低了91.9%。此外,添加少量的MZrP后,PLA/MZrP复合材料的热稳定性也得到一定的改善。     

纳米CaCO3对木纤维增强生物可降解复合材料力学性能的影响

为探索纳米CaCO₃对增强生物可降解复合材料力学性能的影响,采用混炼、注射成型工艺制备纳米CaCO₃改性木纤维/聚乳酸复合材料,研究了纳米粒子添加量（1wt%,2wt%,3wt%,4wt%）及粒子预处理（偶联剂,硬脂酸,偶联剂-硬脂酸）对材料拉伸性能与冲击性能的影响。随着CaCO₃添加量增加,复合材料力学强度先增大后减小,质量分数2%时材料拉伸强度和冲击强度分别提高8%与20%,粒子的增韧效果明显。预处理不仅能增强木纤维与聚乳酸的结合,也提高了纳米粒子分散性,增强材料整体力学性能。纳米粒子在聚合物基体中的分散性及其与聚合物界面结合是影响材料性能的关键。