納-微米纖維素纖維增強(qiáng)聚乳酸復(fù)合材料的制備及其性能研究.pdf

1、本課題首先通過(guò)靜電紡絲得到醋酸纖維素納米纖維，再經(jīng)堿處理工藝得到纖維素納米纖維。為了探討納米級(jí)別材料的尺寸優(yōu)越性，實(shí)驗(yàn)中以纖維素微米纖維作為對(duì)照，制備了纖維素微米纖維/聚乳酸（CNF/PLA）及纖維素納米纖維/聚乳酸（CMF/PLA）復(fù)合材料，同時(shí)對(duì)堿處理工藝、復(fù)合材料熱壓工藝、纖維尺寸和纖維含量對(duì)聚乳酸復(fù)合材料界面效果、力學(xué)性能的影響進(jìn)行了系統(tǒng)的研究。
　　靜電紡醋酸纖維素納米纖維制備：
　　詳細(xì)分析了紡絲電壓、紡絲距離、

2、紡絲流量等對(duì)靜電紡CA納米纖維表面形貌及纖維直徑的影響，確定了靜電紡CA納米纖維的優(yōu)化工藝條件為：紡絲電壓為11kV，紡絲距離為15cm，紡絲流量為0.2mL/h。
　　CA納米纖維及CA普通紗的堿處理：
　　對(duì)CA納米纖維氈以及普通CA絲束進(jìn)行堿處理，詳細(xì)分析了堿處理溶液、堿處理溶液濃度、堿處理時(shí)間等工藝參數(shù)對(duì)纖維結(jié)構(gòu)、表面形態(tài)及纖維直徑的影響，確定CA納米纖維堿處理的最佳工藝條件為：采用濃度為0.5M的氫氧化鈉（NaOH

3、）/乙醇和水(2:1)的混合溶液處理0.5h，CA紗堿處理的最佳工藝條件為：采用濃度為1.0M的氫氧化鈉（NaOH）/乙醇和水(2:1)的混合溶液處理2h。
　　CA納米纖維氈和CA紗經(jīng)過(guò)堿處理后，結(jié)晶度均有所下降，具有典型的纖維素的結(jié)晶特點(diǎn)，內(nèi)部同時(shí)存在著纖維素Ⅰ型和Ⅱ型的晶體結(jié)構(gòu)。堿處理均得到熱固性材料，無(wú)明顯玻璃化轉(zhuǎn)變溫度。
　　CNF/PLA及CMF/PLA復(fù)合材料的制備工藝及力學(xué)性能：
　　采用控制變量法，對(duì)

4、CNF/PLA和CMF/PLA復(fù)合材料的力學(xué)性能進(jìn)行測(cè)試，確定了CNF/PLA復(fù)合材料的優(yōu)化工藝條件為：壓強(qiáng)1200Pa，溫度180℃，時(shí)間35min， CMF/PLA復(fù)合材料的優(yōu)化工藝條件為：壓強(qiáng)1000Pa，溫度180℃，時(shí)間30min。
　　研究了纖維含量對(duì)復(fù)合材料力學(xué)性能的影響，結(jié)果發(fā)現(xiàn)：纖維含量在5%-38%范圍內(nèi)，隨著纖維質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增加，CNF/PLA復(fù)合材料的斷裂強(qiáng)度和初始模量都呈現(xiàn)先增大后減小的趨勢(shì)，斷裂伸長(zhǎng)率則變

5、化很小。纖維含量在10%-30%范圍內(nèi)，隨著纖維含量增加，CMF/PLA復(fù)合材料的斷裂強(qiáng)度、初始模量和斷裂伸長(zhǎng)率先增加后減小，在纖維含量為25.40%時(shí)達(dá)到最大值，但CMF/PLA復(fù)合材料各項(xiàng)指標(biāo)的變化幅度較CNF/PLA明顯減小。
　　纖維排列方向與受力方向的相對(duì)位置對(duì)CMF/PLA復(fù)合材料的斷裂強(qiáng)度和斷裂伸長(zhǎng)率有較大影響，其大小依次為：紗線全部平行于拉伸方向時(shí)最大，依次為一組平行，一組垂直＞一組平行，一組45°＞一組垂直，一組

6、45°＞兩組垂直。
　　為了討論纖維尺度對(duì)復(fù)合材料力學(xué)性能的影響，在相同熱壓工藝下，制備了纖維含量分別為10%和14%左右的CNF/PLA及CMF/PLA復(fù)合材料。結(jié)果表明，除斷裂伸長(zhǎng)率外，CNF/PLA復(fù)合材料的力學(xué)性能遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于CMF/PLA。
　　CNF/PLA及CMF/PLA復(fù)合材料的界面特征：
　　采用掃描電子顯微鏡觀察了CNF/PLA及CMF/PLA復(fù)合材料的拉伸斷面，分析了熱壓工藝參數(shù)、纖維排列方向及纖維質(zhì)

7、量分?jǐn)?shù)對(duì)它們界面特征的影響。
　　復(fù)合工藝對(duì)界面特征的影響：
　　壓強(qiáng)對(duì)CNF/PLA復(fù)合材料的拉伸斷面影響不明顯；溫度為180℃時(shí)，復(fù)合材料的界面粘結(jié)效果較好；時(shí)間為35min及以上時(shí)，粘結(jié)性較好。
　　壓強(qiáng)和時(shí)間對(duì)CMF/PLA復(fù)合材料拉伸斷面的影響并不明顯。溫度為180℃和185℃時(shí)，纖維與基體粘結(jié)較好。
　　纖維排列方向?qū)MF/PLA復(fù)合材料界面特征的影響：
　　當(dāng)纖維排列方向垂直于拉伸方向時(shí)，界

8、面粘結(jié)性很差；當(dāng)纖維排列方向與拉伸方向平行時(shí)，界面粘結(jié)性最好；當(dāng)纖維排列方向與拉伸方向成一定斜角時(shí)，界面粘結(jié)性介于兩者之間。
　　纖維含量對(duì)復(fù)合材料界面特征的影響：
　　纖維含量對(duì)CNF/PLA和CMF/PLA復(fù)合材料界面特征的影響并不相同。當(dāng)纖維含量為5.18%和6.41%時(shí)，CNF/PLA復(fù)合材料界面粘結(jié)性差；當(dāng)纖維含量在7%～13%時(shí)，纖維和基體的粘結(jié)性得到改善；當(dāng)纖維含量增加到14.53%和15.12%時(shí)，纖維與基體