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高填充pla基竹塑复合材料制备及竹炭改性研究

高填充PLA基竹塑复合材料制备及竹炭改性研究

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作者：朱佳丽江西农业大学

学位级别：硕士

当前环境污染日趋严重,地球资源逐渐短缺,开发可生物降解的环境友好型材料受到人们的广泛关注。利用竹碎料填充聚乳酸(pla)制备可降解复合材料,不仅能提升材料本身的力学性能,降低生产成本,且有利于响应“以竹代塑”倡议,实现绿色可持... 详细信息

当前环境污染日趋严重,地球资源逐渐短缺,开发可生物降解的环境友好型材料受到人们的广泛关注。利用竹碎料填充聚乳酸(pla)制备可降解复合材料,不仅能提升材料本身的力学性能,降低生产成本,且有利于响应“以竹代塑”倡议,实现绿色可持续发展。本文以热压法制备高填充pla基竹塑复合材料,探究复合工艺、竹碎料形态、纤维含量及竹炭改性对复合材料力学性能、吸水性、表面润湿性、熔融流动性、热稳定性和界面结合形貌的影响。本文的主要研究结论如下:(1)混料方式对复合材料的综合性能有显著性影响,高温混炼-热压法(HH)较机械共混-热压法(JH)制得的复合材料具有更优的力学性能、耐湿性、熔融流动性和热稳定性。(2)不同原料形态制得的复合材料力学性能差异明显,总体上力学性能由高至低排序为:竹纤维(BF)、60～90目竹颗粒(BM)、120～150目竹粉(BP)、竹刨花(BS)。经高温混炼热压,纤维原料竹塑复合材料较刨花原料竹塑复合材料弯曲强度提高40.11%,拉伸强度提高36.30%、冲击强度提高123.23%,这主要归于BF具有大的长径比。但BF复合材料热稳定性较BS、BM和BP原料制得的复合材料有所降低,在288 h吸水率较BM高出3.40%。不同形态和混料方式复合材料弯曲性能均达到LY/T 2565-2015《竹塑复合材料》标准,但冲击性能仅纤维竹塑复合材料满足。(3)随着BF的加入,复合材料的弯曲强度及拉伸强度增高,但冲击强度和热稳定性降低,弹性模量和拉伸模量在竹纤维填充量为60%时最高,较纯pla分别提高100%和71.22%。随着BF的加入,复合材料的熔融指数呈现先增大后降低的变化趋势,在竹纤维含量为40%时熔融指数最高,为400.0 g/10min。(4)复合材料的力学性能随着竹炭添加量的增加呈先提高后降低的趋势,在竹炭添加量为0.5%时最佳,较未添加复合材料的弯曲强度、拉伸强度、冲击强度分别提高6.82%、16.91%、6.41%。同时,微量竹炭的添加能一定程度上降低复合材料的吸水性,增加表面接触角,提高热稳定性。(5)竹炭粒径对复合材料的力学性能影响较大,粒径过大无法对复合材料的空隙进行填充,粒径过小容易发生团聚,均不利于提高复合材料的力学性能,粒径在200～400目时能与复合材料形成较好的界面结合,获得最佳的力学性能。竹炭粒径在60～620目之间的变化对复合材料的吸水性与表面接触角的影响并不显著。小粒径竹炭对热稳定性的提高起到积极作用。

关键词： pla基竹塑复合材料纤维形态混料方式高填充竹炭改性

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