天然纤维基可降解材料和传感材料的制备与性能研究
利用生物质材料制备功能性复合材料，对于环保型资源的开发具有很好的科学研究导向和社会意义。聚乳酸(Poly(lacticacid),PLA)和聚二甲基硅氧烷(Polydimethylsiloxane,PDMS)均为无害、易加工的高分子聚合物，且具备优异的力学性能和高稳定性。天然纤维来源广泛，成本低廉，易加工，且可再生循环。本文以聚合物和天然纤维为原料，构建功能性复合材料，并借助多种表征方法，系统的分析了复合材料的特点和性能。本文主要开展两部分工作，具体的研究内容如下: 第一部分，介绍了PLA/汉麻纤维生物复合材料，首先对初始的汉麻纤维进行了预处理，得到了分散性好，易加工的汉麻纤维样品。然后将纤维样品与一定比例的聚乳酸颗粒进行成型工艺加工(高温共混，挤出造粒和高温热压)，最终得到了PLA/汉麻生物复合材料片材。本文对比了在成型工艺中未经挤压造粒处理和经挤压造粒处理两种方案对复合材料性能的影响。结果表明成型工艺中加入挤压造粒处理工艺会使复合材料片材质量更高，且两种原料结合效果更好。详细研究了纤维的不同切割尺寸，开松尺寸，纤维共混比对PLA/汉麻复合材料拉伸和弯曲性能的影响。最终确定了纤维的切割尺寸为2mm,开松尺寸为1mm,纤维混合比例为30wt％时，得到了界面相互作用最好、力学性能最佳的聚乳酸/汉麻复合颗粒材料。对该复合材料的生物降解性能进行测试，其重量损失率为2.8％,是纯聚乳酸的4倍以上，此外，还用3251D级的纯聚乳酸验证了这一过程。所制得的聚乳酸/汉麻复合材料的拉伸性能与纯聚乳酸相当。 第二部分，介绍了PDMS/碳化香蒲压力传感器，利用高温热处理将原始香蒲制备成具有导电性的碳化香蒲样品，同时不会破坏原始香蒲独特三维结构。采用真空负压法对碳化香蒲负载PDMS得到了PDMS/碳化香蒲压力传感器。外部的应变和压力刺激通过传感器成功地转化为电信号。该PDMS/碳化香蒲压力传感器具有良好的机械性能，包括高压缩性和耐久性。此外，它在0％～15％的压缩范围内表现出较高的灵敏度，且可以连续检测到相应的电信号。PDMS/碳化香蒲压力传感器可以测量一定范围内的应变，重量与电信号之间具有良好的线性关系。这些特点使该传感器成为人体运动监测的理想选择。
天然纤维;聚合物;复合材料;挤出成型;生物降解性;压力传感
武汉纺织大学
硕士
材料与化工
崔永明;王金凤
2023
中文
TB332
2023-08-28（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）