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天然植物纤维增强可生物降解聚合物复合材料,具有可再生和可生物降解等优点,在代替石油基树脂复合材料,减少不可降解废弃物的排放,改善自然环境,维持资源的可持续发展上具有重要的现实意义。常规的捏炼、挤出等植物纤维与基体的熔融共混工艺,均只能对短切纤维进行操作,且存在基体降解严重、对纤维长度和强度损伤大、纤维取向难以控制等缺点,所制备的复合材料性能很难满足要求更高的应用场合,这已成为植物纤维增强复合材料研究中的瓶颈问题之一。解决上述问题最有效的方法之一便是对复合材料的共混工艺进行改进。本课题创新设计了一种挤出—滚压预混装置,通过设置牵引传送带之间的间隙和水平夹角,实现在牵引的过程中,对挤出基体和不同规格的纤维束同时施加挤压和滚搓加捻多种作用力,制备不同纤维含量和捻度的长纤维增强聚合物预混体。通过挤出—滚压预混工艺制备长剑麻纤维增强PLA复合材料,并与常规开炼共混复合材料对比,研究了新工艺和相关参数对复合材料力学性能的影响。研究结果表明,纤维含量为40wt%时,挤出—滚压预混复合材料拉伸强度、弯曲强度和缺口冲击强度分别达到200.44MPa、216.77MPa、54.470KJ/㎡,分别是纯PLA的3.06倍、2.02倍和23.52倍,是开炼共混复合材料的5.48倍、1.98倍、6.63倍;拉伸和弯曲模量最大达到6516.259MPa和13139.49MPa,对比纯PLA分别提高3.29倍和2.72倍,是开炼复合材料的2.13倍、2.08倍;最小拉伸断裂伸长率是纯PLA材料的65.49%。对比不同捻度挤出—滚压预混体复合材料的力学性能,发现纤维含量为40wt%的剑麻纤维增强PLA复合材料,预混体的不同捻度对复合材料拉伸力学性能的影响并不明显;无捻度预混体的复合材料弯曲强度和模量,分别比捻度值为14r/m预混体复合材料高20.2%和30.6%;捻度值为14r/m预混体复合材料的缺口冲击强度是无捻度复合材料的1.34倍。高含量剑麻纤维增强PLA复合材料中,纤维含量增至60wt%时复合材料仍具有良好的表面质量;纤维含量为40wt%、50wt%、60wt%的复合材料拉伸力学性能相近;相比40wt%纤维含量的复合材料,纤维含量为50wt%复合材料弯曲强度、弯曲模量和缺口冲击强度分别提高20.5%、39.0%和34.4%,拉伸断裂伸长率为纯PLA材料的81.2%。挤出—滚压预混工艺能够对不限长度的增强纤维进行预混,并且基体所经过的塑化挤出热历程短,热降解程度小;纤维长度和机械强度损伤小,复合材料中的纤维取向可控性强、分散均匀;长纤维能够明显减少两相间界面结合性能较弱导致的应力集中问题,使复合材料的力学强度和模量均获得非常显著的提高。