聚乳酸/聚碳酸酯共混复合材料增韧增强研究

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随着科技的发展,塑料在农业、工业、能源等传统行业以及电子、宇航和信息等新技术领域被广泛应用,然而由于绝大多数塑料制品难以降解,给环境造成了很大的危害。聚乳酸作为可完全生物降解的绿色高分子之一,受到越来越多的重视;聚碳酸酯作为一种性能优越的工程塑料,在电器、办公设备、建筑、包装及日常消费品领域应用广泛。聚乳酸/聚碳酸酯(PLA/PC)共混改性后的复合材料,可部分降解,能将少对环境的负担,同时拓展了PLA应用领域。本文首先通过熔融共混制备了不同比例的PLA/PC复合材料,考察了PLA和PC的比例对复合材料力学性能、热性能以及加工流动性的影响,选取了PLA、PC的比例为30:70进行改性研究。本文主要采用了四种增容剂乙烯-丙烯酸丁酯(E-BA)、乙烯-丙烯酸甲酯-甲基丙烯酸缩水甘油酯(E-MA-GMA)、乙烯-丙烯酸甲酯-马来酸酐(E-MA-MAH)和乙烯-醋酸乙烯酯-马来酸酐(EVA-g-MAH)对PLA/PC(30/70)复合材料进行改性。探究了四种增容剂含量对复合材料力学性能、热变形温度和熔体流动率的影响,并通过DSC及SEM分析了复合材料的玻璃化转变温度以及微观形态。研究表明:(1)E-MA-GMA和E-BA的增韧效果最明显,两者加入后均使得PLA/PC复合材料各相的玻璃化温度相互靠近,相畴减小,两相相容性增加;(2)6wt%的E-MA-GMA和4wt%的E-BA使复合材料的冲击强度提高了9~10倍,冲击强度达到778J/m~814J/m。本文选取了增韧效果好的增容剂E-MA-GMA和E-BA(两组分总量为6wt%,以PLA/PC总量为100%计)进行复配,研究了其对PLA/PC(30/70)复合材料力学性能的影响;并进一步研究了聚乙烯和E-MA-GMA对PLA/PC(30/70)复合材料的共同作用。研究发现:E-MA-GMA和E-BA的复配比例为4:2时,冲击强度进一步提高达到990J/m左右;高密度聚乙烯(HDPE)含量为3wt%时,复合材料的热变形温度达到103℃。本文采用玻璃纤维(GF)对PLA/PC/E-MA-GMA(30/70/6)复合材料进行增强改性,通过熔融共混制备了一系列复合材料。考察了KH550、KH560、KH570和钛酸酯四种偶联剂、偶联剂用量以及玻纤含量对PLA/PC/E-MA-GMA(30/70/6)复合材料的力学性能和熔融流动性能影响,并通过SEM分析了共混物的微观形态。研究结果表明:KH560可明显改善玻纤与复合材料的界面粘结性,其中0.3wt%的KH560对GF增强复合材料PLA/PC/E-MA-GMA(30/70/6)的效果最好;扫描电镜图可以看出经偶联剂KH560处理后的玻纤表面粗糙,GF表面带有较多基体树脂材料;25wt%的GF使复合材料的弯曲强度和弯曲模量分别提高了52.6%和130%,拉伸强度和拉伸模量分别提高了91.6%和96%。
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