改性木质纤维素/聚乳酸复合材料性能研究
聚乳酸是一种由乳酸缩聚或丙交酯开环聚合而成的热塑性脂肪族聚酯，具有良好的生物相容性和降解性，在被生物降解吸收后，最终以水和二氧化碳的形式作为产物存在，不会对环境造成污染。虽然聚乳酸有很多优点，但它的缺点，如脆性大、抗冲击性差、亲水性差、热变形温度低、降解周期难以控制亦限制了它的适用性以及生产能力。为实现PLA机械性能的改善，通常加入各种填料对PLA进行改性。本论文以聚乳酸为基体，木质纤维素为增强体，采用熔融共混法制备木质纤维素/聚乳酸复合材料。利用DSC、SEM、DMA及力学性能测试手段进行表征，分别探讨了木质纤维素表面不同改性方式（碱处理、酸酐处理、超支化聚酯接枝和硅烷偶联剂处理）对木质纤维素/聚乳酸复合材料界面形态，热性能和力学性能的影响。 本论文研究了两种木质纤维素与聚乳酸的复合，分别对两种木质纤维素进行改性，并对复合材料整体性能对比分析: (1)粉状纤维素和聚乳酸进行复合制备粉状木质纤维素/聚乳酸复合材料(WPF/PLA)。改性后的WPF/PLA的结晶能力和界面相容性都得到明显提高。与未改性的WPF/PLA相比，AWPF/PLA和MAWPF/PLA的拉伸强度都提高了35.7％，杨氏模量分别增加了10.2％和22.3％，断裂伸长率分别提高了76.4％和48.0％，而冲击强度却分别降低了10.0％和7.6％。由DMA分析可知，复合材料MAWPF/PLA储存模量和损耗模量增加，损耗正切值减小，反应了复合体系力学性能和相容性的改善。 (2)纤维状木质纤维素和聚乳酸进行复合制备纤维状木质纤维素/聚乳酸复合材料(WF/PLA)。改性后的WF/PLA断面上的孔洞明显减少，纤维表面比较光滑;结晶能力得以改善。与未处理的WF/PLA复合材料相比，乙酸酐处理、超支化聚酯处理和硅烷偶联剂处理的复合材料的拉伸强度分别提高了2.0％、2.8％和2.7％;冲击强度分别提高了3.8％、1.4％和13.6％。DMA显示储存模量和损耗模量都得到提高，同样伴随损耗正切值的减小。硅烷偶联剂处理的木质纤维在聚乳酸基体中包覆较好，与PLA界面相容性较好，所得到的SAWF/PLA的综合性能最佳。 (3)MAWPF/PLA与SAWF/PLA相比，在热性能方面，MAWPF/PLA的冷结晶温度比SAWF/PLA低3.9％;在力学性能方面，MAWPF/PLA复合材料的拉伸强度和杨氏模量较SAWF/PLA分别高2.6％和7.1％，而断裂伸长率和冲击强度比SAWF/PLA分别低12.5％和8.8％;在动态力学方面，MAWPF/PLA比SAWF/PLA的初始储存模量增加4.2％，损失模量和tanδ峰值分别降低17.9％和70.4％。 综合上述比较可知，马来酸酐处理的粉状木质纤维素制备复合材料在强度方面表现优异;硅烷偶联剂处理过的纤维状木质纤维素使得复合材料各项性能提高明显，材料刚度显著改善。
复合材料;木质纤维素;聚乳酸;熔融共混法;热性能;力学性能
东北林业大学
硕士
森林工程
温慧颖
2016
中文
TB332
48
2017-04-01（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）