聚乳酸-玻璃纖維復(fù)合材料性能及發(fā)泡行為研究.pdf

1、聚乳酸(Polylacticacid，PLA)作為典型的生物可降解材料，具有生物相容性好、機(jī)械加工成型性好、透明度高、環(huán)境友好等優(yōu)點(diǎn)，在服裝、醫(yī)藥、包裝、日常生活用品等領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用。但是，PLA存在沖擊韌性低、耐熱性差、熱穩(wěn)定性差、結(jié)晶速率慢等缺點(diǎn)，嚴(yán)重制約著其進(jìn)一步應(yīng)用。此外，PLA合成過程比較復(fù)雜，從而造成其生產(chǎn)成本較高。為降低PLA制件的生產(chǎn)成本，PLA泡沫塑料應(yīng)運(yùn)而生。然而PLA自身熔體強(qiáng)度低，使得其難于進(jìn)行發(fā)泡成型加工，

2、特別是難于制得發(fā)泡倍率高且泡孔結(jié)構(gòu)好的發(fā)泡樣品。因此為改善PLA的性能及其發(fā)泡行為，有必要對(duì)PLA基體進(jìn)行改性。玻璃纖維(GlassFiber，GF)具有機(jī)械強(qiáng)度高、耐熱性好、電絕緣性好、價(jià)格低廉等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛用作聚合物增強(qiáng)改性材料。為此，本文針對(duì)PLA基體存在的不足，以GF作為填充材料，對(duì)PLA進(jìn)行了復(fù)合改性，重點(diǎn)研究PLA/GF復(fù)合材料的性能及其發(fā)泡行為。
　　首先，本文制備了質(zhì)量比分別為95/5、90/10、85/15、80

3、/20的PLA/GF復(fù)合材料，利用掃描電鏡觀察分析了該復(fù)合材料的結(jié)構(gòu)，并且對(duì)該復(fù)合材料的幾個(gè)重要性能指標(biāo)，如力學(xué)性能、熱機(jī)械性能、耐熱性、熱穩(wěn)定性等進(jìn)行了研究，揭示了GF對(duì)PLA/GF復(fù)合材料性能的作用機(jī)理。研究表明，PLA/GF復(fù)合材料的力學(xué)強(qiáng)度較純PLA大幅度提高，當(dāng)GF含量為20％時(shí)，其拉伸強(qiáng)度、拉伸模量，彎曲強(qiáng)度、彎曲模量和沖擊強(qiáng)度分別較純PLA增加了86.41％、135.98％、42.61％、99.57％和160.61％。同時(shí)

4、，隨著GF含量的增加，復(fù)合材料的儲(chǔ)能模量E'先升高后降低，損耗因子Tanδ減小。這表明少量GF的存在就能顯著提高PLA/GF復(fù)合材料的動(dòng)態(tài)熱力學(xué)性能。此外，GF的加入提高了PLA/GF復(fù)合材料的耐熱性，但未改變其熱穩(wěn)定性。
　　其次，本文著重分析了GF對(duì)PLA基體結(jié)晶性能的影響，并利用Jeziorny法定量分析了GF對(duì)PLA結(jié)晶速率的影響。在此基礎(chǔ)上，本文進(jìn)一步研究了不同退火工藝（退火溫度和退火時(shí)間）對(duì)PLA/GF復(fù)合材料結(jié)晶性能

5、及力學(xué)性能的影響規(guī)律。研究表明，GF不僅加快了PLA結(jié)晶速率，而且提高了其結(jié)晶度，當(dāng)GF含量為20％時(shí)，PLA/GF復(fù)合材料的結(jié)晶度相比于純PLA增加了57.62％。研究結(jié)果進(jìn)一步表明，在GF和退火處理的共同作用下，復(fù)合材料的結(jié)晶性能與力學(xué)性能均得到了顯著增強(qiáng)。
　　最后，本文研究了不同GF含量和發(fā)泡工藝參數(shù)（發(fā)泡溫度和飽和壓力）對(duì)PLA/GF復(fù)合材料發(fā)泡行為的影響規(guī)律，并揭示了GF含量、發(fā)泡溫度和飽和壓力與PLA/GF復(fù)合材料發(fā)

6、泡樣品平均泡孔直徑、泡孔密度和發(fā)泡倍率的內(nèi)在關(guān)系。結(jié)果表明，PLA/GF復(fù)合材料的粘彈性和熔體強(qiáng)度較純PLA明顯提高，有利于阻止材料發(fā)泡過程中泡孔的塌陷和破裂。當(dāng)GF含量小于15％時(shí)，隨著GF含量的增加，PLA/GF發(fā)泡樣品的泡孔直徑逐漸增加，泡孔密度逐漸下降;然而當(dāng)GF含量為20％時(shí)，泡孔直徑減小。發(fā)泡倍率則隨著GF含量的增加呈先達(dá)到最大值后有所降低。在發(fā)泡溫度為125-128℃范圍內(nèi)，PLA/GF發(fā)泡樣品的泡孔直徑逐漸升高，泡孔密度

7、逐漸下降，發(fā)泡倍率先升高后基本保持不變，最大發(fā)泡倍率可達(dá)13.50，相比于純PLA提高了330.31％。在飽和壓力為10-16MPa范圍內(nèi)，PLA/GF復(fù)合材料發(fā)泡樣品的泡孔直徑先減小后增大再下降，泡孔密度則呈先增大后減小再增大，發(fā)泡倍率則呈先增大后減小趨勢(shì)。
　　通過上述研究，本文開發(fā)了性能優(yōu)良的PLA/GF復(fù)合材料，解決了純PLA存在的諸多問題（如結(jié)晶速率慢、熔體強(qiáng)度低、耐熱性差等），并揭示了GF對(duì)該復(fù)合材料的作用機(jī)理;通過退