【摘 要】
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聚乳酸(PLA)为优秀的可降解生物材料,为解决其应用于医学支架和工程应用中易脆断的问题,通过改性来改善其机械性能和热力学性能。与其他国内外研究对比,本文从原子和分子水平聚焦PLA的微孔注塑发泡成型工艺与补强材料两点,对发泡行为和补强作用的微观机理进行分析研究,为提高PLA制品各项性能提供理论支撑。主要研究内容如下:(1)采用分子模拟的方法研究剪切应力和温度两个因素在成型过程中对CO2在PLA中的扩
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聚乳酸(PLA)为优秀的可降解生物材料,为解决其应用于医学支架和工程应用中易脆断的问题,通过改性来改善其机械性能和热力学性能。与其他国内外研究对比,本文从原子和分子水平聚焦PLA的微孔注塑发泡成型工艺与补强材料两点,对发泡行为和补强作用的微观机理进行分析研究,为提高PLA制品各项性能提供理论支撑。主要研究内容如下:(1)采用分子模拟的方法研究剪切应力和温度两个因素在成型过程中对CO2在PLA中的扩散行为影响。构建CO2在PLA中的扩散模型,模拟分析可知:剪切速率为0时,温度越高,CO2在基体中的扩散能力越强;受剪切作用时,剪切速率与扩散能力呈正相关;温度和剪切速率通过影响PLA主链活跃性、体系能量等影响CO2在聚合物基体中的扩散行为。(2)石墨烯(GNS)是最理想的补强材料之一。为减少团聚现象,采用表面官能化GNS增强PLA基体。构建PLA、GNS/PLA以及羟基、羧基、氨基官能化GNS/PLA模型,模拟分析可知:在GNS表面修饰官能团可提高材料的2),经表面修饰羧基的GNS热力学增强效果最佳;表面官能化使GNS与PLA基体结合更加紧密,提高了复合材料的内聚能密度,增强了机械性能。(3)为探索成型过程中表面官能化GNS对CO2在复合材料中扩散行为的影响。构建CO2在GNS/PLA和三种官能化GNS/PLA中的扩散模型,模拟分析可知:表面官能化显著提高体系的自由体积分数,从而提高CO2的扩散能力,加速扩散行为从非正常扩散转变为正常扩散,提升在微孔注塑成型过程中的发泡速率;表面修饰羟基扩散能力增强效果最佳,氨基增强效果最差。
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