GF增强PLA复合材料的界面设计及性能研究.pdf

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1、卢仁杰，等：GF增强PLA复合材料的界面设计及性能研究GF增强PLA复合材料的界面设计及性能研究木卢仁杰韩冰李锦春(1．江苏工业学院材料科学与工程学院，常州213164；2．南京工程学院材料工程学院，南京21I167)摘要从复合材料的界面设计出发，分别采用聚醚型聚氨酯(PUR)预聚体和硅烷偶联剂KH一560来处理玻璃纤维(GF)，制备了相应的GF增强聚乳酸(PEA)复合材料，对其界面及力学性能进行研究。结果表明，经聚醚型PUR预聚体处理过的GF能显著提高PLA的缺口冲击强度，当GF质量分数为2O％时，复合材料的缺口冲击强度和拉伸强度分别比纯

2、PLA提高111．9％和51．9％；扫描电子显微镜表明，经聚醚型PUR预聚体处理过的GF与PLA基体形成了良好的柔性界面层，相比于硅烷偶联剂处理后的刚性粘接界面，这种柔性界面能有效改善PLA的脆性。关键词聚乳酸聚氨酯预聚体界面改性玻璃纤维聚乳酸(PLA)是一种生物可降解塑料，来源于有限公司；可再生的淀粉类资源，具有优良的生物相容性1J、注塑机：HTF80B型，宁波海天股份有限公司；抗菌性J、力学性能和加工性能。]，是目前最具有电子拉伸机：WDW一100型，长春科新试验仪应用前景的环保型塑料。长期以来，由于其自身所器有限公司；具有的一些缺点，

3、如脆性大J、价格高、结晶速度慢摆锤冲击试验机：ZBC一4B型，深圳新三思材及改性种类少等，限制了其大规模应用。近年来，随料检测有限公司；着对石油资源日益紧缺的担忧，PLA作为一种来源扫描电子显微镜(SEM)：JSM一6360型，13本于可再生资源的新型塑料，获得了快速的发展，有关JEOL公司；研究活动也非常活跃，各种改性产品不断涌现。红外光谱(IR)仪：PROTEGE460型，美国Nico．玻璃纤维(GF)是最通用的增强纤维，广泛应用1et公司。于各种通用塑料及工程塑料的增强改性，相关的界1．3试样制备面研究及应用技术也比较成熟。但就PLA

4、而(1)GF预处理言，能否通过合适的界面设计，得到综合性能优异的GF用15％盐酸浸泡1h，洗涤，80"C干燥7h。GF增强PLA复合材料，尤其是其界面设计对复合(2)NCO51处理GF材料宏观性能的影响规律，一直是PLA复合材料研1000mL丙酮除水后加入10gPLA，溶解后加究的重点、热点问题。笔者采用硅烷偶联剂KH一入15gNCO51，40~C下反应30min，然后加入200g560和聚醚性聚氨酯(PUR)预聚体NC051处理GF，50下搅拌2h后过滤、洗涤，80~C干燥7h。GF，分别得到刚性和柔性的界面。通过对比两种不(3)KH一5

5、60处理GF同复合材料的界面及力学性能，研究界面特性对将KH一560、PLA和GF机械混合均匀后挤出，PLA／GF复合材料综合性能的影响规律。KH一560用量为GF质量的1％。1实验部分(4)PLA／GF复合材料试样制备1．1主要原材料将PLA与GF机械搅拌混合均匀，通过挤出机PLA：2002D，长径比为96．7：3．3，数均相对分子挤出造粒，用注塑机注塑成标准试样。质量约80000，美国NatureWorks公司；1．4性能测试及袁征聚醚型PUR预聚体：NCO51，一Nc0的质量分拉伸性能按ISO527—4：1997测试，试样为1B数为5

6、．1％，自制；哑铃型：GF：南京玻璃纤维研究设计院；冲击性能按ISO179—1：2000测试，A型缺口硅烷偶联剂：KH一560，天长绿色化工助剂厂；试样，试样尺寸为80mm×10mmx4mm；丙酮：分析纯，汕头西陇化工有限公司。1．2主要仪器、设备江苏省高校“青蓝工程”科技创新团队资助项目(2008—04)同向双螺杆挤出机：TE一35型，南京科亚机械收稿日期：2010·Ol一18工程塑料应用2010年，第38卷，第4期GF弯曲性能按ISO178：2003测试，试样尺寸为80mm×10mmx4mm：NCO51处理GFNCO51试样断面喷金处理

7、后，采用SEM观察并拍照。2结果与讨论PLA2．1界面设计原理聚醚型PUR预聚体NC051既含有柔性的醚40003000200010000波数／cm-I键，又含有活泼的端基异氰酸根，利用异氰酸根的反图1GF、PLA、NCO51和经NCO51处理后GF的IR诸图应活性，可以通过与PLA及GF表面羟基的化学键由图1可以看出，处理后的GF表面硅羟基数合，在GF和PIA基体之间构建一个柔性的界面层。量已经明显减少，PLA的酯键吸收峰和NCO51的氨与此相对照，硅烷偶联剂KH一560属于环氧基硅基吸收峰非常明显，说明NCO51已经和GF表面的烷，能与

8、PLA的端羧基反应。两者表面改性的机理羟基发生化学键合，NCO51通过GF表面的羟基和均属于“化学键理论”，但又有区别，如KH一560的PLA的端基将两者连接起来。由于表面处理剂