汉麻增强聚乳酸高性能绿色复合材料的制备与表征

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1、汉麻增强聚乳酸高性能绿色复合材料的制备与表征宋亚男，刘俊，侯丽华，宾月珍大连理工大学，化工与环境生命学部高分子材料系，大连，116024近年来，随着人们对环境污染及能源危机认识的逐渐加深，用植物纤维和来源于植物资源的可生物降解塑料来制备生物质复合材料成为材料发展的一个重要趋势。本研究针对植物纤维复合材料加料难，加工方法受限的问题，采用一种新型汉麻纤维切粒（含有15wt%聚乳酸纤维）作为增强母料，聚乳酸作为基体材料，利用常规的双螺杆挤出和注塑成型工艺，制备了纤维含量不同的可降解汉麻增强聚乳酸复合材料。对复合材料的拉伸、弯曲和冲击性能进行了表征，结果表明，纤维加入后，

2、材料的力学性能得到大幅度提高。汉麻含量为40wt%时，与纯聚乳酸相比，材料的拉伸与弯曲强度分别增加了38.9%、61.6%，模量增加了一倍，且拉伸断裂伸长率未降低。麻含量为20wt%时，冲击强度增加了近68%。与以往研究相比具有突出的优点。可能的原因是，汉麻切粒一方面保证了纤维的长度，一方面因混纺了部分聚乳酸纤维，加工过程中，聚乳酸纤维的熔融过程辅助了麻纤维的分散，得到的复合材料中，纤维长度均一、分散均匀，因此材料性能得到了明显提高。关键词：汉麻纤维，聚乳酸，复合材料，力学性能，可降解国家自然科学基金项目（21074016）汉麻增强聚乳酸高性能绿色复合材料的制备与

3、表征宋亚男刘俊侯丽华宾月珍大连理工大学，化工与环境生命学部高分子材料系，大连，116024关键词：汉麻纤维聚乳酸复合材料力学性能可降解近年来，随着环境污染及能源危机的日益严重，人们的环保意识逐渐提高，开发可循环可再生的天然植物纤维材料、来源于植物资源的可降解生物塑料及其二者的复合材料，已经成为材料科学发展的一个重要方向[1]。聚乳酸（PLA）以较好的生物相容性、良好的机械性能和成型加工性能，成为应用最为广泛的生物降解高分子材料。但是要作为通用塑料来使用，聚乳酸的力学性能及热性能，尤其是冲击性能还远不能达到要求。麻纤维价格低廉、可回收、可降解、可再生，力学性能可与玻

4、璃纤维相媲美，用于增强可降解塑料具有较大的发展前景。但由于麻纤维复合材料的制备一般采用热压成型的方法，很少采用例如双螺杆挤出和注塑成型等常用的塑料加工方法，生产适用于多种成型设备的粒状复合材料，是植物纤维增强复合材料加工方法的一个重要突破方向。本研究针对植物纤维复合材料加料难，加工方法受限的问题，采用一种新型汉麻纤维切粒（含有15wt%聚乳酸纤维和85wt%汉麻纤维）作为增强母料，聚乳酸作为基体材料，利用常规的塑料加工工艺，双螺杆挤出和注塑成型，制备了纤维含量不同的可降解汉麻纤维增强聚乳酸复合材料。对复合材料的拉伸、弯曲和冲击性能进行了表征，并利用扫描电镜（SEM

5、）及光学显微镜（POM）等方法对纤维切粒进行表征，推测并验证材料的增强机理。Table1.Compositionofcompositeswithdifferenthempfibercontent基体材料增强材料样品序号聚乳酸颗粒聚乳酸纤维汉麻纤维PLA100wt%00C-1088.24wt%1.76wt%10wt%C-2076.47wt%3.53wt%20wt%C-3064.71wt%5.29wt%30wt%C-4052.94wt%7.06wt%40wt%表1是麻含量不同的复合材料各组分含量，均为各组分与总重量的质量百分比，其中增强母料是聚乳酸纤维与汉麻纤维的混合

6、物。聚乳酸颗粒（REVODE201，Tm=140℃）为浙江海正生物材料有限公司生产。Figure1.EffectofhempcontentonthetensilepropertyofPLA/hempfibercomposites.Figure2.EffectofhempcontentontheflexuralpropertyofPLA/hempfibercomposite.图1和图2显示的是聚乳酸及麻含量不同的复合材料的拉伸及弯曲性能测试结果，从图中可以看出材料的拉伸和弯曲性能随着汉麻纤维含量的增加而逐步提高。当汉麻纤维含量达到40wt%时，拉伸强度提高了38.9

7、%，弯曲强度提高了近62%。而拉伸和弯曲模量都提高了一倍左右。且材料的拉升断裂伸长率未降低。Figure3.CharpyimpactstrengthofPLAandcompositereinforcedbyhempfiber.图3显示的是纯聚乳酸和麻含量不同的复合材料的缺口冲击强度测试结果，从图中可以看出，汉麻纤维加入后，复合材料的冲击强度也有明显增加，当汉麻含量为20wt%时，复合材料的冲击强度达到最大，与纯聚乳酸相比提高了68%。综合结果表明，汉麻纤维加入后，材料的力学性能整体得到提高，首先应归因于汉麻纤维在聚乳酸基体中分散均匀，由于麻纤维本身高强度(500~

8、900MP