三向正交结构自增强聚乳酸复合材料的弯曲性能

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聚乳酸(PLA)由于具有良好的生物相容性、可生物降解性以及易加工性,在医学和包装等领域有着广泛的应用,是最有前途的可生物降解高分子材料之一。但是聚乳酸也存在不少缺陷,如力学强度相对较低、韧性较差等,难以满足高性能材料的要求,这也限制了聚乳酸在工程领域的发展。然而,随着聚合物自增强技术的快速发展,为聚乳酸材料高性能化提供了新的途径。  本文主要以两种熔点不同的聚乳酸纤维作为原料,通过结合二维圆管夹心编织技术、单针置换技术以及热压缩工艺方法制备了三向正交结构自增强聚乳酸复合材料,并研究了其弯曲性能及增强机理。论文主要工作如下:  采用二维圆管夹心编织技术将高熔点和低熔点的聚乳酸纤维编织成皮芯结构的纱线(包芯纱),其中高熔点纤维为芯层,低熔点纤维为皮层;然后,通过单针置换技术将最佳配比的包芯纱编织成三向正交结构的预制体;最后,使用热压缩工艺方法,将低熔点的编织纱熔融成为基体,压缩后的高熔点芯纱作为增强体制成复合材料。主要研究了聚乳酸纱线中芯纱与编织纱的股数配比与优选;预制体织物结构参数对复合材料弯曲性能的影响;热压缩工艺过程中,固化温度、固化时间、固化压力、冷却速率等工艺参数对自增强聚乳酸复合材料弯曲性能的影响。采用差示扫描量热仪(DSC)、X射线衍射仪(XRD)和扫描电子显微镜(SEM)等表征方法结合三点弯曲性能测试进行了实验结果分析,在此基础上揭示了皮芯结构纱线自增强聚乳酸复合材料弯曲性能的影响机理。  结果表明,聚乳酸纱线的芯纱与编织纱体积比为0.85∶1时,材料获得了最好的弯曲性能;复合材料的弯曲性能随着预制体织物厚度的增加而而增加,但预制体厚度也不宜太大,最佳的预制体厚度为9.0mm;复合材料的弯曲性能随着固化温度的增加呈现先增加后减小的趋势,当固化温度为160℃时,弯曲性能最佳;弯曲性能随着固化时间的增加略有增加,但变化不太明显;弯曲性能随着固化压力的增加而增加;随着冷却速率的加快,弯曲性能逐渐下降。
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