改性剂对纳米片状羟基磷灰石/聚乳酸复合材料性能的影响

分别采用硅烷偶联剂(SC)和硬脂酸(SA)对纳米层片状羟基磷灰石(LHAp)进行表面改性,并通过挤塑工艺制备未改性和两种改性纳米片状羟基磷灰石(np-HAp)增强聚乳酸(PLA) (np-HAp/PLA、SC-np-HAp/PLA和SA-np-HAp/PLA)复合材料。比较了三种复合材料的微观结构、力学性能、热稳定性、结晶性及润湿性。利用XRD、FTIR、XPS、SEM、TGA、DSC、力学性能测试和接触角测试对复合材料的理化性能进行表征。研究发现,np-HAp、SA-np-HAp与PLA界面处存在相分离,而SC-np-HA与PLA两相界面结合紧密;与np-HAp/PLA复合材料相比,SC-np-HAp/PLA复合材料的压缩屈服强度和拉伸强度分别提高了9.4%和6.6%,而SA-np-HAp/PLA复合材料的压缩屈服强度和拉伸强度则出现减小;此外,与np-HAp/PLA复合材料相比,SC-np-HAp/PLA和SA-np-HAp/PLA复合材料的初始分解温度分别提高了7.4%和5.6%,SC-np-HAp/PLA复合材料的结晶度提高了6.7%,SA-np-HAp/PLA复合材料的结晶度则减小了3.5%。水接触角测试结果表明,与np-HAp/PLA复合材料和SA-np-HAp/PLA复合材料相比,SC-np-HAp/PLA复合材料具有更为优异的亲水性。上述结果表明,经SC改性后的np-HAp具有与PLA基体更好的界面结合能力,为制备性能优异的骨植入复合材料提供借鉴。      

亚麻纤维增强聚乳酸可降解复合材料的制备与性能

将制浆造纸用亚麻短纤维与聚乳酸(PLA)熔融共混,用注塑方法成型亚麻纤维/聚乳酸复合材料试样。通过差示扫描量热实验(DSC)、动态力学性能测试(DMA)、热重分析(TGA)和力学性能测试等方法,研究了聚乳酸和亚麻纤维在不同质量配比下,复合材料热性能、动态力学性能和力学性能的变化规律。随着亚麻纤维的加入,复合材料的结晶度增大,热稳定性增强,储能模量得到提高,力学性能也有了明显变化:纤维含量为20%时,拉伸强度为45.88 MPa,比纯PLA的增加了21%;同时,弯曲模量的增幅达到30%。     

口模拉伸制备高性能聚乳酸/聚己内酯复合材料

选用可降解的聚己内酯(PCL)改善聚乳酸(PLA)材料的韧性,并通过口模拉伸制备了同时增强增韧的高取向PLA/PCL复合材料;研究了不同PCL含量及口模拉伸引入的苛刻外场对共混物结构与性能的影响。扫描电镜分析结果表明,分散相PCL在强烈拉伸场的作用下,呈纤维状分布在PLA基体之中;两相界面接触面积增加,界面作用增强。力学性能测试结果表明,在提高PLA韧性的同时极大地增强了PLA复合材料的强度;拉伸后的样品强度远高于未拉伸的样品;当PCL质量分数为10%时,复合材料经口模拉伸之后其拉伸强度和模量达到了168.3 MPa和5488.4MPa,相比纯PLA分别提升了280%和249.4%;断裂伸长率达到了34%,提升了500%。     

木粉含量对木粉-淀粉/聚乳酸复合材料性能的影响

以杨木粉、玉米淀粉和聚乳酸(PLA)为原料,甘油为相容剂,利用熔融挤出法制备了木粉-淀粉/PLA复合材料。研究了木粉含量对复合材料界面相容性、热性能、力学性能、流变性能以及吸水率的影响。结果表明:随着木粉含量的增加,PLA与木粉之间的界面相容性下降,木粉-淀粉/PLA复合材料的热稳定性下降,储能模量、损耗模量和复数黏度逐渐增加;随着木粉含量的增加,木粉-淀粉/PLA复合材料的拉伸强度和弯曲强度呈现先增大后减小的趋势,当木粉含量为18wt%时,复合材料的拉伸强度和弯曲强度均达到最大值,最大值分别为40.65 MPa和60.91 MPa;随木粉含量的增加,复合材料的断裂伸长率由9.64%减小到5.97%,而吸水率由5.38%增大到13.43%。     

改性椰纤维增强聚乳酸复合材料力学性能

目的添加适量椰纤维(CF)改善聚乳酸(PLA)的力学性能,以适应产品的包装。方法采用熔融共混法制备不同CF含量的CF/PLA复合材料。通过力学性能测试、扫描电子显微镜观察和动态热力学性能测试,探讨添加不同含量的碱洗CF对复合材料力学性能的影响。结果与纯PLA相比,复合材料的拉伸强度降低,冲击强度增大,储能模量增大,玻璃化转变温度降低。当碱洗CF质量分数为3%时,复合材料的冲击强度比纯PLA增加了24%。结论添加CF有利于提高复合材料的力学性能,碱液浸泡更有利于改善CF和PLA基体的界面相容性。     

改性聚乳酸/羟基磷灰石复合材料的制备及性能研究

以羟脯氨酸改性后聚乳酸(PLA)作为基体材料,以羟基磷灰石(HA)为改性材料,制备了聚乳酸/羟基磷灰石复合材料(PLA/HA)。通过X射线(XRD)表征可知,改性后的PLA和HA的混合为物理混合,混合的过程中并没有改变HA的结晶性。TG分析结果表明,HA的加入能够提高材料的热稳定性能。扫描电子显微镜(SEM)观察可知纳米级HA粒子未发生团聚现象,两种物质的界面相容性良好。力学性能测试得出:材料的力学强度在HA的含量为10%时为最佳,此时的拉伸强度为45.7MPa、弯曲强度为127.7MPa、弯曲模量为2.34GPa,能够满足人体骨组织的强度要求。     

纳米纤维素/聚乳酸复合包装薄膜的制备及表征

目的添加适量的纳米纤维素改善聚乳酸的脆性,以适应产品的包装。方法将聚乳酸(PLA)与纳米纤维素(CNFs)共混制备复合包装材料,测试该复合材料的力学性能、透光率、红外谱图,并用扫描电子显微镜(SEM)观察了复合包装材料的表面形貌。结果纳米纤维素添加到聚乳酸中增加了其力学性能,当纳米纤维素质量分数为2%时,拉伸强度和冲击强度都达到最大;随着添加CNFS比例的增大,CNFs/PLA复合薄膜材料的透光率随之降低,雾度随之升高,但是该薄膜作为包装材料对商品的可视性影响不大。结论纳米纤维素(CNFs)是具有一定长径比的纳米级线状材料,对材料的拉伸强度具有增强作用。     

表面处理剂对滑石粉改性聚乳酸的影响

通过改变聚乳酸(PLA)基体中滑石粉(talc)的添加量,探索滑石粉的最佳含量。在最佳含量的基础上分别用钛酸酯、硅烷偶联剂KH550和十八胺对滑石粉进行改性,研究不同表面处理剂对滑石粉/聚乳酸复合材料性能的影响。通过力学性能、差热分析(DTA)、动态再结晶和扫描电镜(SEM)等一系列测试手段对复合材料性能进行表征分析。结果表明:滑石粉含量在1%(质量分数)时,复合材料的拉伸强度达到最大值,为62.5MPa;滑石粉经硅烷偶联剂KH550改性后,复合材料的拉伸强度可进一步提高至72.1MPa。表面处理后,滑石粉/聚乳酸复合材料的结晶速率相比较处理前进一步得到提高。     

改性HA/PLA纳米复合材料的制备及其性能

以Ca(OH)2和H3PO4为原料,采用冷冻干燥技术制备纳米羟基磷灰石(n-HA),并在其表面接枝聚乳酸(PLA),得到改性的纳米羟基磷灰石(g-HA),采用XRD及FTIR进行表征;借助超声分散用溶液共混法制备g-HA/PLA和n-HA/PLA纳米复合材料。并采用弯曲性能测试、DMA和POM对其力学性能和结晶性能进行表征。结果表明g-HA作为良好的相容剂和异相成核剂,对g-HA在PLA基质中分散性的提高和纳米复合材料界面粘结强度的提高起到了良好的作用,g-HA/PLA纳米复合材料的弯曲模量、玻璃化温度和储能模量均有显著的提高。所采用的制备方法简便易行,具有潜在的工业应用前景。     

MAH改性方法对淀粉/聚乳酸界面相容性的影响

以玉米淀粉和聚乳酸(PLA)为原料,马来酸酐(MAH)为改性剂,通过熔融挤出法制备淀粉/PLA复合材料。研究了MAH分别作为增容剂和淀粉酯化剂这两种改性方法对淀粉/PLA相容性的影响,并对复合材料的熔融加工性能、力学性能和耐水性能进行了测试。X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)和热重分析(TGA)结果都证明,MAH与原淀粉先进行干法酯化改性再与PLA复配制得酯化淀粉/PLA复合材料,比MAH作为增容剂直接添加制得原淀粉/MAH/PLA复合材料具有更好的界面相容性。受界面相容性提高程度的影响,酯化淀粉/PLA复合材料的熔融加工性能、拉伸强度、弯曲强度、断裂伸长率和耐水性能都优于原淀粉/MAH/PLA复合材料。     

麦秸纤维含量和粒径大小对聚乳酸力学性能和结晶度的影响

选用三种粒径的麦秸纤维分别与聚乳酸(PLA)粉末组成各种配方,采用挤出注塑的方法制成复合材料。通过红外光谱分析、力学性能测试、断口扫描电镜(SEM)分析以及差示扫描量热(DSC)测试探索了试样的力学性能和结晶度变化趋势,并对结果进行了理论分析,最终确定最佳配方为精细处理且纤维含量为15%的C3组分,此时复合材料的结晶度达到43.44%,玻璃化温度为63.53℃,与纯PLA比较分别提高了29.3%和6%,拉伸强度、弯曲强度、冲击韧性与纯PLA相比有轻微降低,分别为51.07 MPa,55.16 MPa,4.08 kJ/m2。     

PLA-g-GMA/Ope-POSS/PLA复合材料的制备与性能

为了制备具有优异强度与韧性的聚乳酸(PLA)复合材料,首先,将八聚(丙基缩水甘油醚)倍半硅氧烷(Ope-POSS)纳米粒子引入PLA中,并加入PLA接枝甲基丙烯酸缩水甘油酯(PLA-g-GMA)作为增容增韧组分;然后,通过熔融共混法制备了PLA-g-GMA/Ope-POSS/PLA复合材料;最后,通过对复合材料形态结构、热性能、力学性能及疏水性的表征分析了Ope-POSS纳米粒子及PLA-g-GMA的加入对PLA复合材料性能的影响。结果表明:PLA-g-GMA的加入对Ope-POSS纳米粒子具有良好的增容效果,可使得Ope-POSS纳米粒子在复合材料中均匀分散;随着良好分散的Ope-POSS纳米粒子的数量增加,PLA复合材料的强度、热稳定性及疏水性均得到明显的提高,韧性也随PLA-g-GMA含量增加而得到改善;当PLA-g-GMA和Ope-POSS纳米粒子含量分别为PLA的4wt%和3wt%时,PLA-g-GMA/Ope-POSS/PLA复合材料性能最佳。所得结论为POSS杂化PLA复合材料的深入研究提供了理论指导。      

纳米羟基磷灰石/聚酰胺6医用复合材料的制备及性能表征

为防止纳米羟基磷灰石(nano HAP)粉末的团聚,采用溶剂沉淀法制备了nano HAP/聚酰胺6(PA6)复合粉末,并对粉末进行热压成型制得nano HAP/PA6复合材料。然后,通过FTIR、XRD和SEM对nano HAP/PA6复合材料的成分、结构和形貌进行了表征,并对复合材料的热稳定性、力学性能和细胞相容性进行了检测。结果表明:所制备的nano HAP/PA6复合材料结晶体大小均匀,且PA6只存在α型结晶;由于nano HAP与PA6界面上形成新的氢键和COO—Ca,复合材料具有良好的综合性能;在低于350℃时,nano HAP/PA6复合材料不会发生裂解,力学性能与人骨匹配,50wt%nano HAP/PA6复合材料的弯曲强度、压缩强度和弹性模量分别为146.87MPa、98.44MPa和5.44GPa。MG-63骨瘤细胞在nano HAP/PA6复合材料表面粘附和生长状况良好,说明nano HAP/PA6复合材料具有良好的细胞相容性。所得结论表明nano HAP/PA6复合材料在骨修复方面具有应用价值。     

PLA/木质纤维复合材料的制备及性能

目的研究PLA/木质纤维复合材料的制备工艺过程,分析PLA纤维含量对复合材料力学性能的影响,确定最优配比,以获得一种可应用于包装中的新型环保复合材料。方法将不同质量配比的PLA纤维及木质纤维按照造纸的工艺进行抄造,获得湿纸胚后再进行热压处理,获得需要的复合材料。对PLA纤维在复合材料中的分散性以及复合材料的力学性能进行表征与测试。结果分散性试验表明,PLA纤维能够与木质纤维均匀混合;当PLA纤维的质量分数为10%时,复合材料的性能较好。力学测试表明,复合材料的拉伸强度最大可达到42.79 MPa,耐折次数可达到1015次。结论 PLA/木质纤维复合材料可采用造纸的方法进行制备,且力学性能较好,能在包装领域内有较为广泛的应用,同时也为可降解纤维的研究应用提供了一种新思路。     

硼酸锌含量对麦秸秆/PP复合材料耐霉菌腐蚀性能的影响

为探讨防霉剂硼酸锌对麦秸秆/聚丙烯(PP)复合材料耐霉菌腐蚀性能的影响,对添加不同含量硼酸锌的麦秸秆/PP复合材料进行了霉菌加速腐蚀实验。测试其腐蚀后的力学性能、颜色变化和吸水性,采用FTIR分析其官能团的变化,采用体视显微镜观察并分析复合材料表面霉菌生长情况及表面微观结构。结果表明:硼酸锌对麦秸秆/PP复合材料耐腐蚀性能有较好的改善作用,硼酸锌最佳添加量为2wt%,麦秸秆/PP复合材料腐蚀后表面霉菌生长较少,其弯曲强度、弯曲弹性模量、拉伸强度和冲击强度比不添加硼酸锌分别提高6.5%、50.2%、6.8%和11.1%,吸水率和色差值降低23.9%和30.7%。含量为2wt%的硼酸锌能够有效阻止霉菌菌丝腐蚀麦秸秆/PP复合材料的麦秸秆纤维素和半纤维素,而硼酸锌含量较高时会影响复合材料的界面,导致界面处麦秸秆纤维更易受霉菌腐蚀作用。     

石墨镀Sn调控对石墨/Cu复合材料组织及力学性能的影响

石墨/Cu自润滑复合材料具有良好的摩擦学性能和耐腐蚀性能,在高速铁路领域具有广阔的应用前景。传统石墨/Cu自润滑复合材料中由于石墨与基体不润湿,复合材料界面结合强度低,在材料承受载荷时容易造成石墨相的剥离、脱落,导致复合材料在高载荷服役条件下性能较差。采用化学镀覆工艺在石墨表面镀覆软金属Sn元素调控石墨/Cu复合材料界面,既能够改善复合材料材料组织,又改善了复合材料的力学性能,使复合材料满足服役条件。结果表明:通过石墨镀Sn调控技术,Sn调控石墨/Cu复合材料的组织并无新相生成,复合材料界面处发生强烈的原子互扩散,界面由机械结合变成扩散结合。Sn调控石墨/Cu复合材料的力学性能有显著提高,其中硬度平均提高了80.43%,抗弯强度平均提高了246.74%;当石墨含量为6wt%时,Sn调控石墨/Cu复合材料的硬度提高至(83.61±4.33) HV,抗弯强度提高至(410.41±20.52) MPa,适应并满足复合材料在未来愈加严酷工况环境下的服役需求。      

二氧化钛对PP/SPTW复合材料性能的影响

目的研究不同质量分数的二氧化钛(TiO_2)对聚丙烯/六钛酸钾晶须复合材料力学性能的影响,并找出TiO_2的最佳质量分数。方法首先采用硅烷偶联剂KH550改性二氧化钛和六钛酸钾晶须(SPTW),然后将改性过的二氧化钛与改性过的六钛酸钾晶须、马来酸酐接枝聚丙烯(PP-g-MAH)、聚丙烯(PP)通过熔融共混法制得PP/PP-g-MAH/SPTW/TiO_2复合材料。结果比较了不同含量二氧化钛对聚丙烯/钛酸钾晶须复合材料性能的影响。研究表明,二氧化钛能够明显改善复合材料的力学性能,随着二氧化钛含量的递增,复合材料的力学性能总体呈先增加后降低的趋势。当二氧化钛质量分数为1%时,复合材料的弯曲强度、拉伸强度和冲击强度分别增大了35.2%,41.2%和33.7%。随着TiO_2质量分数的继续增加,复合材料的弯曲强度逐渐开始下降,拉伸强度和冲击强度在其质量分数超过2%时逐渐开始减小。结论当TiO_2质量分数约为2%时,复合材料的综合力学性能最佳。     

不同植物纤维/骨胶复合材料的性能对比

为利用农业废弃物制备生物质材料,以稻秸秆、麦秸秆、花生秸秆、稻壳、麦壳及花生壳为填充材料,以骨胶为基体材料,采用模压成型工艺制备六种生物质植物纤维/骨胶复合材料,对六种植物纤维成分进行测试,对其制备的生物质复合材料的力学性能、吸湿性能、表面官能团和热稳定性进行分析,用体视显微镜观察复合材料拉伸断面的微观结构。结果表明,麦秸秆纤维素含量较高,稻秸秆纤维素含量仅次之。同种生物质的秸秆比其壳制备的复合材料性能好,其中稻秸秆/骨胶复合材料有较好的界面相容性和力学性能,其拉伸强度和冲击强度分别为4.14MPa、4.89kJ/m~2,比稻壳/骨胶复合材料分别高118%、22.6%,比麦秸秆和花生秸秆制备的复合材料分别高4.42%、37.3%和56.9%、20.8%。稻秸秆/骨胶复合材料的抗吸湿性能较好,平衡吸湿率为12.35%,比麦秸秆、花生秸秆、麦壳、稻壳、花生壳制备的复合材料分别低27.11%、16.72%、19.36%、0.04%、15.97%。麦秸秆由于表面蜡质层,其与骨胶制备复合材料的性能较差。六种生物质复合材料中,稻壳/骨胶复合材料的热稳定性较好。