聚乳酸/热塑性聚氨酯合金的制备及性能研究

作     者：张凌杰 

作者单位：福建工程学院 

学位级别：硕士

导师姓名：方辉

授予年度：2022年

学科分类：08[工学] 0805[工学-材料科学与工程（可授工学、理学学位）] 080502[工学-材料学] 

主      题：聚乳酸 热塑性聚氨酯 合金 力学性能 石墨烯 

摘      要：聚乳酸(PLA)是从可再生资源获得的生物可降解聚合物,具有高强度、高模量、良好的生物相容性和生物降解性而得到广泛研究和应用。但由于其固有的高脆性和低韧性,PLA的应用受到限制。本文采用热塑性聚氨酯(TPU)对PLA进行增韧,采用不同的方法制备具有高性能的PLA/TPU合金。首先,采用原位开环聚合法制备出不同TPU含量的PLA/TPU合金(PTC),并对其进行结构、形貌和性能分析。结果表明,在PLA聚合过程中,PLA与TPU发生了共聚,生成了PLA/TPU共聚物,PLA与TPU的相容性得到明显改善,TPU能有效的增韧PLA。当TPU含量为10wt%时,断裂伸长率由纯PLA的1.2%增加到32.3%,提升了27倍。冲击强度由20.6k J/m增加到53.1k J/m,提升了2.6倍,同时拉伸强度和杨氏模量没有明显的下降。其次,采用熔融共混法制备PTC不同含量的PLA/TPU/PTC共混物,并以同样的方法制备出PLA/TPU共混物作为对比实验,研究了PTC的加入对PLA/TPU共混物的微观形貌、力学性能、结晶性能和相容性的影响。结果表明,PTC的加入改善了PLA与TPU的相容性,提高了PLA/TPU共混物的力学性能。当PTC的添加量为5wt%时,PLA/TPU/PTC共混物的冲击强度达到27.8k J/m,比未添加PTC的PT10(TPU含量为10wt%)高6.6k J/m,冲击强度提升了31%,而且强度和模量没有明显变化。但是,高含量的PTC易于形成单独的团簇,使得共混物的力学性能下降。最后,在PT10体系中添加微量的石墨烯(GNP),采用熔融共混法制备了PLA/TPU/GNP复合材料,研究了GNP和PTC的加入对PLA/TPU共混物的微观形貌、热性能、相容性和力学性能的影响。结果表明,GNP改善了TPU与PLA之间的相容性。当GNP含量为0.25wt%时,PT10的冲击强度提升了2.5倍。然而,当GNP的含量提升至0.75wt%时,GNP在PLA基体易发生团聚,导致PLA/TPU共混物冲击强度的下降。PTC的加入可以有效的解决GNP团聚的问题,并且GNP与PTC的协同作用提高了复合材料的力学性能。PT10/PTC5/G0.1(GNP含量为0.1wt%)的冲击强度比未添加PTC的PT10/G0.1高20.6k J/m,提升了67%。