粘胶纤维与Lyocell纤维增强聚乳酸复合材料的性能比较

以聚乳酸(PLA)为基体,分别采用粘胶纤维与Lyocell纤维这2种典型的再生纤维素纤维为增强纤维,通过熔融共混和注塑成型制备了再生纤维素纤维/PLA复合材料,并对这2种复合材料的性能进行了比较研究。结果表明,采用粘胶纤维或Lyocell纤维增强均可有效提高PLA复合材料的结晶度、力学性能和维卡软化温度。粘胶纤维的锯齿形截面有利于其与PLA基体的结合,因此粘胶纤维/PLA复合材料具有略高的冲击强度及拉伸强度。Lyocell纤维增强更有利于复合材料结晶度的提高,使得Lyocell/PLA复合材料具有更高的弹性模量和维卡软化温度。     

苯基次磷酸铝阻燃改性聚乳酸材料

为了获得性能较优的阻燃聚乳酸材料,以苯基次磷酸铝(BPA-Al)为阻燃剂,聚乳酸(PLA)作为基体,利用熔融共混法制得BPA-Al/PLA复合材料。采用傅里叶变换红外光谱、X射线衍射、拉曼光谱、氧指数等测试手段对BPA-Al/PLA复合材料及其残炭进行表征。结果表明,BPA-Al可有效抑制熔滴,提高PLA的阻燃性能和维卡软化温度。当BPA-Al的质量分数达到30%时,BPA-Al/PLA复合材料的氧指数为25.0%,水平垂直燃烧等级达V-0,维卡软化温度为65.8℃。同时,BPA-Al/PLA复合材料的力学性能较好。     

亚麻纤维增强立构聚乳酸复合材料的制备及界面改性

采用熔融共混及注塑成型法制得立构聚乳酸(sc-PLA)及亚麻纤维/立构聚乳酸(Flax/sc-PLA)复合材料,并通过差示扫描量热分析、动态力学分析、热重分析、扫描电镜、维卡软化温度及力学性能测试等方法研究了亚麻纤维增强及偶联剂六亚甲基二异氰酸酯(HMDI)界面改性对Flax/sc-PLA复合材料结构与性能的影响。结果表明:亚麻纤维的加入可有效提高sc-PLA的立构结晶度、耐热性以及力学性能,Flax/sc-PLA复合材料的立构结晶度由17.3%提高到24.9%,维卡软化温度由161.1℃升至195.7℃,拉伸强度也从57.4 MPa提高到62.5 MPa。通过HMDI界面改性可有效改善复合材料的界面相容性,使复合材料的拉伸强度进一步提高到70.4 MPa。此外,HMDI改性还提高了复合材料的热稳定性,其初始降解温度和动态储能模量G'均比未改性复合材料显著提高。     

竹纤维和海藻酸钠提升聚乳酸的降解性能

为提高聚乳酸(PLA)的降解性，将竹纤维(BF)和海藻酸钠(SA)与PLA共混制备复合材料，并进行土壤降解试验以探究其降解性能，检测降解后复合材料的质量损失率、表面微观结构、官能团变化、热性能和结晶度等指标。结果表明：SA和BF均可提升PLA复合材料降解的质量损失率。降解21天后，BF/PLA和SA-BF/PLA复合材料的质量损失率分别为0.83%和2.54%，相较于纯PLA的0.11%分别提高了7.55和23.09倍。降解后，SA-BF/PLA复合材料的表面出现大量的裂痕与凹陷，这增大了复合材料与土壤中的接触面积，进而加速了复合材料的降解。纯PLA在降解过程中质量损失率很低，但降解后其羰基含量明显上升，表明土壤降解会导致部分PLA长链高分子断裂为小分子。相比于纯PLA,BF/PLA和SA-BF/PLA复合材料的结晶度大幅度降低，表明SA和BF可降低PLA复合材料的结晶度，提高其降解性。由此可见，SA和BF可提升PLA复合材料的降解性能。此研究结果将为高降解性PLA复合材料的制备提供理论参考。     

细菌纤维素/聚乳酸互穿网络复合材料的结晶与熔融

为了研究细菌纤维素(BC)网络结构对聚乳酸(PLA)结晶与熔融过程的影响,以PLA为基体,BC为增强体,通过PLA-三氯甲烷溶液与BC-无水乙醇分散液的共混扩散制备了具有互穿网络结构的BC/PLA生物复合材料。采用SEM、偏光显微镜(POM)、DSC和莫志深(MO)模型研究了复合材料的微观形态、球晶形貌、非等温结晶动力学和熔融行为。结果表明:采用溶液共混扩散法可得到以BC为骨架、PLA缠绕其表面的互穿网络结构的复合材料。随降温速率增加,BC/PLA复合材料的结晶温度、熔融温度和相对结晶度均下降。BC可作为异相成核剂,适量添加可同时提高BC/PLA复合材料的结晶速率和相对结晶度,细化球晶尺寸。MO模型可较好地描述BC/PLA复合材料的非等温结晶动力学行为。     

原纤化Lyocell纤维/聚乳酸复合材料的结构与性能

采用均质分散法制备原纤化Lyocell纤维,探讨了不同初始纤维长度对Lyocell纤维原纤化程度的影响,在此基础上,进一步通过熔融共混和注塑成型制备原纤化Lyocell/聚乳酸(PLA)复合材料,探讨了初始纤维长度对原纤化Lyocell/PLA复合材料结构与性能的影响。结果表明,相同处理条件下,纤维初始长度越长,Lyocell纤维原纤化程度越低。Lyocell纤维原纤化能改善纤维与基体的界面结合,从而进一步提高复合材料的力学性能。初始纤维长度对原纤化Lyocell/PLA复合材料的拉伸性能无显著影响,而初始长度为4 mm的原纤化Lyocell/PLA复合材料的缺口冲击强度最大,比未原纤化复合材料提高19.0%。此外,Lyocell原纤化后还可进一步提高复合材料的维卡软化温度,当纤维初始长度为10 mm时,原纤化Lyocell/PLA复合材料的维卡软化温度最高,达到161.4℃。     

镁/聚乳酸复合材料的制备与表征

为有效中和聚乳酸降解过程后的酸性,提出镁颗粒与聚乳酸的复合材料新体系。采用造粒-注塑工艺制备了3%Mg/聚乳酸(PLA)复合材料,通过扫描电镜(SEM)、X射线衍射(XRD)等手段表征了产物的微观形貌与物相组成;测试了力学性能;采用模拟体液浸泡手段研究了复合材料的降解行为。结果表明,采用造粒、注塑工艺可以制备这类复合材料,少量镁颗粒的加入对聚乳酸的力学性能影响不明显,其中拉伸强度和延伸率分别下降了6%和12.5%,但弯曲强度有所增加。聚乳酸降解后的酸性得到了有效的中和,聚乳酸浸泡30 d后的pH值为6.28,而3%Mg/PLA复合材料浸泡30 d后的pH值仅为6.85。     

苎麻纤维增强原位阴离子聚合尼龙6复合材料的制备及性能研究

以己内酰胺为单体,经热处理的苎麻纤维(RF)为增强材料,采用真空辅助树脂传递模塑成型工艺(VARTM)成功制备了苎麻纤维增强原位阴离子聚合尼龙6(APA6)复合材料.主要研究了热处理前后苎麻纤维表面官能团、结晶性能、力学性能和微观形貌的变化,并对复合材料的冲击断面、力学性能和热性能进行了考察.研究表明:当热处理温度为280℃时,苎麻纤维表面的羟基数量显著减少,结晶度略有降低,拉伸强度和模量有所下降,但苎麻纤维的形貌未有明显变化.RF/APA6复合材料中苎麻纤维与树脂的界面结合良好,与APA6相比,复合材料的拉伸强度略有提高,拉伸模量和弯曲性能得到明显提升,同时热稳定性显著提高.     

苎麻纤维增强原位阴离子聚合尼龙6复合材料的制备及性能研究

以己内酰胺为单体,经热处理的苎麻纤维(RF)为增强材料,采用真空辅助树脂传递模塑成型工艺(VARTM)成功制备了苎麻纤维增强原位阴离子聚合尼龙6(APA6)复合材料。主要研究了热处理前后苎麻纤维表面官能团、结晶性能、力学性能和微观形貌的变化,并对复合材料的冲击断面、力学性能和热性能进行了考察。研究表明:当热处理温度为280℃时,苎麻纤维表面的羟基数量显著减少,结晶度略有降低,拉伸强度和模量有所下降,但苎麻纤维的形貌未有明显变化。RF/APA6复合材料中苎麻纤维与树脂的界面结合良好,与APA6相比,复合材料的拉伸强度略有提高,拉伸模量和弯曲性能得到明显提升,同时热稳定性显著提高。     

PLLA/CNTs复合材料的非等温冷结晶

通过溶液共混法制备了聚乳酸/碳纳米管(PLA/CNTs)复合材料,并利用差示扫描量热分析(DSC)研究了CNTs的种类、长度、直径和质量分数对不同升温速度下PLA非等温冷结晶性能的影响,结果表明,PLA/CNTs复合材料的玻璃化转变温度(Tg)和结晶峰温度(Tc)都随升温速度降低而逐渐降低,而结晶度和熔融温度(Tm)则升高。添加质量分数为0.1%的多壁碳纳米管(MWNTs)即可有效促进PLA的异相成核,提高其结晶速度和结晶度,以10℃/min升温冷结晶时,当CNTs用量达1%时会阻碍PLA的非等温结晶过程,并导致PLA复合材料的Tg、Tm和结晶度降低。MWNTs对PLA非等温结晶的促进作用比SWNTs或DWNTs明显,而较短的MWNTs比长MWNTs的作用略为明显。     

Effect of fiber surface-treatments on the properties of poly(lactic acid)/ramie composites

Ramie fiber reinforced poly(lactic acid) (PLA) composites were prepared by a two-roll mill. Ramie was treated by alkali and silane (3-aminopropyltriethoxy silane and γ-glycidoxypropyltrimethoxy silane). Effect of surface treatment on the properties of the composites was studied. The tensile, flexural and impact strength of the composites have a significant improvement. Dynamic mechanical analysis (DMA) results show that the storage moduli of the composites with treated ramie increase with respect to the plain PLA and the composites with untreated fiber whereas tangent delta decreases. The Vicat softening temperature of the composites with treated fiber is greatly higher than that of the composites with untreated fiber. The results of thermogravimetric analysis (TGA) show that fiber treatment can improve the degradation temperature of the composites. Moreover, the morphology of fracture surface evaluated by scanning electron microscopy (SEM) indicates that surface treatment can get better adhesion between the fiber and the matrix.     

Study on short ramie fiber/poly(lactic acid) composites compatibilized by maleic anhydride

Short ramie fiber reinforced poly(lactic acid) (PLA) composites without and with maleic anhydride (MA) were developed. The influence of PLA-g-MA as a compatibilizer on the properties of the composites was studied. The tensile, flexural and impact strength of the composites have improvements with the addition of PLA-g-MA. The morphology of fracture surface evaluated by SEM indicates that the composites with the addition of PLA-g-MA can get better adhesion between the fiber and the matrix. And the Vicat softening temperature and the degradation temperature of the composites are increased with the addition of PLA-g-MA. However, PLA-g-MA leads the glass transition temperature (T_g) decrease according to the DSC results.     

苎麻织物表面改性对其增强热固性聚乳酸复合材料力学及阻燃性能的影响

采用碱处理、硅烷偶联剂处理、碱+硅烷偶联剂复合处理、碱+阻燃剂+硅烷偶联剂复合处理对苎麻织物进行表面改性,采用模压工艺制备了苎麻织物增强热固性聚乳酸(PLA)复合材料。研究了4种表面改性方法对苎麻织物/PLA复合材料弯曲性能的影响,采用SEM研究了苎麻纤维与PLA基体之间的界面结合状况。结果表明:经过4种表面改性处理后苎麻织物/PLA复合材料的弯曲性能均有所提高,其中碱+硅烷偶联剂复合处理后提高幅度最大,苎麻织物/PLA复合材料的弯曲强度、模量分别提高了59.5%、51.9%。碱+阻燃剂+硅烷偶联剂复合处理后苎麻织物/PLA复合材料的弯曲强度、模量较未处理时分别提高了38.0%、66.8%;且苎麻织物/PLA复合材料60s点火时间的损毁长度为8.25cm,达到了美国DOT/FAA/AR-00/12要求的标准。SEM结果表明:改性处理后苎麻织物/PLA复合材料中纤维与树脂之间的界面结合更好。     

偶联剂对玻璃纤维增强淀粉/聚乳酸复合材料性能的影响

分别以马来酸酐、KH550、KH560和KH570为偶联剂对玻璃纤维进行预处理,再与淀粉、聚乳酸(PLA)复合,通过熔融挤出法制备玻璃纤维增强淀粉/PLA复合材料。研究了偶联剂种类对玻璃纤维增强复合材料熔融指数、力学性能、热性能和熔融流变性能的影响。实验发现马来酸酐、KH550、KH570、KH560处理玻璃纤维增强淀粉/PLA复合材料的熔融指数和力学性能都依次增大,表明KH560处理玻璃纤维增强淀粉/PLA复合材料的界面黏结作用最强。对热性能进行表征发现,马来酸酐、KH550、KH570、KH560处理玻璃纤维增强淀粉/PLA复合材料玻璃化转变温度、重结晶温度、结晶度和热稳定性均依次提高。受玻璃纤维与淀粉/PLA基体界面黏结效果的影响,马来酸酐、KH550、KH570、KH560处理玻璃纤维增强淀粉/PLA体系的储能模量和复数黏度依次增大。     

Development and characterization of a laminate composite material from polylactic acid (PLA) and woven bamboo fabric

This article presents the development and mechanical characterization of a composite material fabricated from both renewable resources and biodegradable materials: bamboo woven fabric as reinforcement and polylactic acid (PLA) as resin matrix. The laminate composites were produced using a film stacking method. The physical, thermal, and, mechanical properties of bamboo fabric, PLA matrix, and laminate composites were investigated. It is shown that the breaking force of the plain woven bamboo fabric in the weft direction was greater than in the warp direction. Further, the tensile, flexure, and, impact properties of PLA increased when weft direction bamboo fabric reinforcement is used. In addition, scanning electron microscopy examination of laminate composite showed good bonding between bamboo fiber and PLA resin. In summary, laminated composites based on polylactic acid and bamboo fabric display excellent energy absorption capability, which can be exploited for the development of engineering structural applications.     

异氰酸酯功能化氧化石墨烯/热塑性聚氨酯弹性体复合材料的制备与性能

采用甲苯-2,4-二异氰酸酯（TDI）对氧化石墨烯（GO）进行表面接枝改性,制得TDI功能化GO（TDI-GO）,再将其分散于4,4’-二苯基甲烷二异氰酸酯中,经原位聚合法制备TDI-GO/热塑性聚氨酯弹性体（TPU）复合材料。利用FTIR、XPS、DSC、TG、SEM、维卡软化温度和拉力试验机等测试手段,表征和分析了TDI-GO的表面结构及TDI-GO含量对TDI-GO/TPU复合材料结构与性能的影响。结果表明,TDI成功接枝改性GO,TDI-GO的加入使TPU体系的微相分离程度减弱,其异相成核作用提高了TPU硬段相的结晶性能;相比纯TPU基体,TDI-GO/TPU复合材料耐热性能提高,当TDI-GO添加量为0.5wt%时,复合材料5%热失重温度提高了约9℃,维卡软化温度提高了约18℃;TDI-GO/TPU复合材料力学性能明显提高,与纯TPU相比,TDI-GO含量为0.5wt%的TDI-GO/TPU复合材料拉伸强度提高了近10 MPa,断裂伸长率提高了约32%。     

苎麻纤维复合材料医用夹板的开发及智能化

以脱胶苎麻精干麻为增强材料,以环氧树脂和聚丙烯(PP)为树脂基体,分别制备出纤维含量不同的复合材料板。经测试分析发现,纤维含量的变化导致两种基体复合材料的压缩、弯曲以及剪切强度呈现不同的变化趋势。在纤维含量相同时,苎麻/PP较苎麻/环氧树脂复合材料的力学性能总体偏差,强度增量较低,纤维抽拔效果明显,断面破坏程度大,最终确定纤维含量在20%(体积分数,下同)时的苎麻/环氧树脂复合材料最适于制作医用夹板。在苎麻/环氧复合材料板上安装粘贴柱状硬块的传感器,实验证明测试结果可以达到理想的目的和要求。