納-微米纖維素纖維增強聚乳酸復合材料的制備及其性能研究.pdf

1、本課題首先通過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。為了探討納米級別材料的尺寸優(yōu)越性，實驗中以纖維素微米纖維作為對照，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）復合材料，同時對堿處理工藝、復合材料熱壓工藝、纖維尺寸和纖維含量對聚乳酸復合材料界面效果、力學性能的影響進行了系統(tǒng)的研究。
　　靜電紡醋酸纖維素納米纖維制備：
　　詳細分析了紡絲電壓、紡絲距離、

2、紡絲流量等對靜電紡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CA納米纖維氈以及普通CA絲束進行堿處理，詳細分析了堿處理溶液、堿處理溶液濃度、堿處理時間等工藝參數(shù)對纖維結(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，內(nèi)部同時存在著纖維素Ⅰ型和Ⅱ型的晶體結(jié)構(gòu)。堿處理均得到熱固性材料，無明顯玻璃化轉(zhuǎn)變溫度。
　　CNF/PLA及CMF/PLA復合材料的制備工藝及力學性能：
　　采用控制變量法，對

4、CNF/PLA和CMF/PLA復合材料的力學性能進行測試，確定了CNF/PLA復合材料的優(yōu)化工藝條件為：壓強1200Pa，溫度180℃，時間35min， CMF/PLA復合材料的優(yōu)化工藝條件為：壓強1000Pa，溫度180℃，時間30min。
　　研究了纖維含量對復合材料力學性能的影響，結(jié)果發(fā)現(xiàn)：纖維含量在5%-38%范圍內(nèi)，隨著纖維質(zhì)量分數(shù)的增加，CNF/PLA復合材料的斷裂強度和初始模量都呈現(xiàn)先增大后減小的趨勢，斷裂伸長率則變

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復合材料的斷裂強度、初始模量和斷裂伸長率先增加后減小，在纖維含量為25.40%時達到最大值，但CMF/PLA復合材料各項指標的變化幅度較CNF/PLA明顯減小。
　　纖維排列方向與受力方向的相對位置對CMF/PLA復合材料的斷裂強度和斷裂伸長率有較大影響，其大小依次為：紗線全部平行于拉伸方向時最大，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復合材料力學性能的影響，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復合材料。結(jié)果表明，除斷裂伸長率外，CNF/PLA復合材料的力學性能遠遠優(yōu)于CMF/PLA。
　　CNF/PLA及CMF/PLA復合材料的界面特征：
　　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、量分數(shù)對它們界面特征的影響。
　　復合工藝對界面特征的影響：
　　壓強對CNF/PLA復合材料的拉伸斷面影響不明顯；溫度為180℃時，復合材料的界面粘結(jié)效果較好；時間為35min及以上時，粘結(jié)性較好。
　　壓強和時間對CMF/PLA復合材料拉伸斷面的影響并不明顯。溫度為180℃和185℃時，纖維與基體粘結(jié)較好。
　　纖維排列方向?qū)MF/PLA復合材料界面特征的影響：
　　當纖維排列方向垂直于拉伸方向時，界

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