麥稈-聚乳酸綠色復合材料的制備及界面性能改善.pdf

1、復合材料具有高強、高模、節(jié)能等不可替代的優(yōu)勢，因而在材料科學領域占有一席之地，但是許多復合材料的廢棄、回收和再生等問題帶來日益嚴重的環(huán)境問題。解決復合材料的再生和循環(huán)利用，使其朝著環(huán)境協(xié)調的方向發(fā)展，是目前國內外復合材料研究者潛心研究的一個熱門領域。
　　 天然植物纖維復合材料填埋處理后，植物纖維能被土壤中的微生物完全分解成水和二氧化碳，經過生物循環(huán)回到自然界，因而可以很好地解決復合材料的回收問題。我國是個農業(yè)大國，我國農作物生

2、產結構中，小麥是最主要的糧食作物之一，小麥種植在我國分布廣泛，所以我國具有豐富的麥秸資源（每年約有1億噸），但其并未得到很好利用。以往對麥稈的處理方式一般是造紙制漿或是將麥秸進行焚燒還田，這樣的處理方式不僅燒掉了珍貴的資源，而且給生態(tài)環(huán)境造成了極大的污染。因此，如何開發(fā)利用麥稈資源，合理地實現(xiàn)對麥稈的回收利用，具有重要意義。本文主要研究如何用麥稈與聚乳酸樹脂制作環(huán)保型可降解復合材料，既能解決復合材料的廢棄、回收等問題，又為麥稈這種農副產

3、品的循環(huán)利用提供了新的方式，一舉兩得。
　　 本文選用長麥稈與聚乳酸分別作為增強材料和基體材料，采用熱壓法制備麥稈/聚乳酸復合材料，制作出了不同麥稈體積含量和不同麥稈界面性能的復合材料，并對所制備的復合材料力學性能進行測試，對材料的破壞機理進行分析。而且，在優(yōu)化制備工藝參數(shù)的同時對麥稈的表面進行改性，提高了麥稈與樹脂之間的界面性能，得到了機械性能更好的復合材料。具體研究內容如下:
　　 1.為了充分認識麥稈材料的特性而加

4、以有效利用，本課題對麥稈的表面物理參數(shù)如長度、密度、外徑、壁厚等進行測試與表征。同時，為了選擇適合的麥稈復合材料加工工藝與參數(shù)，研究了麥稈在不同形態(tài)和不同溫度下的力學性能。經測試，麥稈的壁厚為0.019cm，外徑為0.238cm，密度為0.33g.cm-3。正常形態(tài)麥稈拉伸測試結果顯示:其拉伸強度為92.18MPa，斷裂伸長率為1.81％，拉伸模量為2.88GPa;壓扁后麥稈拉伸測試顯示其拉伸強度為96.86MPa，斷裂伸長率為1.96

5、％，拉伸模量為3.04GPa。不同溫度下麥稈的拉伸測試結果顯示當溫度為150℃、160℃、170℃、180℃時，其拉伸強度分別為94.17MPa、92.45MPa、89.99MPa和85.39MPa，拉伸模量分別為3.01GPa、2.94GPa、2.89GPa和2.74GPa。這表明經不同溫度處理的麥稈拉伸性能會有變化，為復合材料制備工藝提供一定的參考與依據(jù)。
　　 2.為制備性能優(yōu)異的麥稈/聚乳酸復合材料，分別研究了聚乳酸膜及

6、麥稈/聚乳酸綠色復合材料的制備工藝與加工參數(shù)。對聚乳酸膜的拉伸測試結果顯示:其強度為25.09MPa，斷裂伸長率為3.43％，拉伸模量為742.32MPa。制備了不同麥稈體積分數(shù)（20％和30％）的麥稈/聚乳酸綠色復合材料，對其進行了縱橫向拉伸和縱向彎曲測試。其橫向拉伸強度分別為21.61MPa和23.59MPa，拉伸模量分別為0.92GPa和1.04GPa;縱向拉伸強度分別為26.53MPa和30.14MPa，拉伸模量分別為1.35G

7、Pa和1.61GPa;彎曲強度分別為64.13MPa和74.26MPa，彎曲模量分別為1.81GPa和1.95GPa。結果表面麥稈體積分數(shù)為30％的復合材料比20％的力學性能更為優(yōu)異。
　　 3.由于麥稈表面具有一層蠟質，蠟質會影響麥稈與聚乳酸的相互結合作用，兩者的界面結合性能差。為改善其界面性能，本課題對麥稈進行了堿處理改性，對改性后麥稈進行接觸角、SEM表征，并測試了其拉伸性能。SEM圖片表明，經堿處理改性后，麥稈表面的蠟質

8、被去除，顯示出麥稈凹凸不平的表面結構，這有利于增大麥稈表面積，增強其與聚乳酸的界面結合力。分別選取經2％和4％NaOH溶液處理后的麥稈為增強材料，與聚乳酸制備麥稈體積分數(shù)為20％的復合材料，測試改性后復合材料的性能。結果表明，經2％和4％濃度的NaOH改性后，復合材料橫向拉伸強度分別提高了24.20％和34.29％;縱向拉伸強度分別提高了22.16％和12.63％;縱向彎曲強度分別提高了22.44％和16.09％。得出麥稈進行堿處理改性