聚乳酸-四針狀氧化鋅晶須復(fù)合材料的制備與性能研究.pdf

1、聚乳酸（PLA）是一種生物可降解、且具有優(yōu)良生物相容性和高透明度的環(huán)保型高分子材料。聚乳酸制品可被微生物降解吸收，最終分解成二氧化碳和水。目前聚乳酸材料已應(yīng)用于服裝、包裝、家用及衛(wèi)生醫(yī)療制品等諸多領(lǐng)域，但因其力學(xué)性能差、熱穩(wěn)定性差等缺點(diǎn)限制了其廣泛應(yīng)用。本課題采用四針狀氧化鋅晶須（T-ZnOw）作為增強(qiáng)填料，利用其特有的四針狀三維立體結(jié)構(gòu)及高強(qiáng)度和高模量來改善基體材料聚乳酸的力學(xué)性能及其他性能。
　　本文采用雙螺桿擠出機(jī)熔融共混法

2、制備了聚乳酸/四針狀氧化鋅晶須復(fù)合材料（PLA/T-ZnOw），用動(dòng)態(tài)力學(xué)分析儀、旋轉(zhuǎn)流變儀、差示掃描量熱儀、偏光顯微鏡及掃描電鏡等表征手段研究了PLA/T-ZnOw復(fù)合材料的力學(xué)性能、動(dòng)態(tài)力學(xué)行為、流變行為、結(jié)晶行為以及微觀形貌等。
　　力學(xué)性能測試結(jié)果表明，T-ZnOw的加入在一定程度上有利于提高PLA/T-ZnOw復(fù)合材料的力學(xué)性能，T-ZnOw添加量為3％時(shí)拉伸強(qiáng)度達(dá)到最大值（64.65MPa），比純PLA提高了20.7%

3、，常溫沖擊強(qiáng)度也有小幅提高。說明T-ZnOw對(duì)PLA起到了一定的增強(qiáng)和增韌作用。
　　熱變形溫度測定結(jié)果表明，PLA/T-ZnOw復(fù)合材料的熱變形溫度在T-ZnOw添加量為3%時(shí)達(dá)到最大值（55.7℃），比純PLA提高了9.87%。動(dòng)態(tài)力學(xué)分析研究結(jié)果表明，在T-ZnOw添加量為3%時(shí)PLA/T-ZnOw復(fù)合材料的玻璃化溫度達(dá)到最大值（68.7℃），比純PLA提高了6℃。與純PLA相比較，PLA/T-ZnOw復(fù)合材料的儲(chǔ)能模量有所

4、提高而損耗模量略微下降。
　　流變行為研究結(jié)果表明，純PLA及PLA/T-ZnOw復(fù)合材料均為假塑性流體，表現(xiàn)出切力變稀的現(xiàn)象。隨著T-ZnOw的增加，PLA/T-ZnOw復(fù)合材料的非牛頓指數(shù)先減小后增大且向整數(shù)1靠近。說明T-ZnOw添加量較低時(shí)體系對(duì)剪切速率的敏感性較大，非牛頓流體特征明顯，而T-ZnOw添加量稍高時(shí)體系接近牛頓流體，對(duì)剪切速率的敏感性減弱。在同一剪切速率下，復(fù)合材料的復(fù)合粘度隨著T-ZnOw含量的增加先增大后

5、減小。在角頻率為0.1s-1～100s-1的區(qū)域內(nèi)，PLA/T-ZnOw復(fù)合材料的儲(chǔ)能模量和損耗模量隨T-ZnOw含量的增加先增加后降低。
　　偏光顯微鏡觀察結(jié)果表明，T-ZnOw的加入使材料的球晶數(shù)目增多、粒徑減小，說明T-ZnOw在聚乳酸基質(zhì)中對(duì)其起到了異相成核的作用，能促進(jìn)PLA的成核，但不利于晶體的生長。
　　等溫冷結(jié)晶動(dòng)力學(xué)研究結(jié)果表明，Avrami方程能很好的描述純PLA及PLA/T-ZnOw復(fù)合材料的等溫冷結(jié)晶

6、行為。純PLA和PLA/T-ZnOw的Avrami指數(shù)都介于1.78～3.04之間，說明其晶體生長方式均為二維盤狀生長和三維球晶生長并存。Hoffman-Weeks理論得出PLA/T-ZnOw復(fù)合材料的平衡熔點(diǎn)與純PLA相比略有提高。所有試樣的等溫冷結(jié)晶后的熔融曲線在高溫時(shí)表現(xiàn)為雙重熔融峰，在低溫時(shí)表現(xiàn)為三重熔融峰。Hoffman-Lauritzen理論分析結(jié)果表明，T-ZnOw的加入增加了垂直于大分子鏈的表面折疊自由能，使分子鏈排入晶

7、格的阻力增大。
　　非等溫冷結(jié)晶動(dòng)力學(xué)研究結(jié)果表明，Ozawa理論不適于描述純PLA及PLA/T-ZnOw復(fù)合材料的非等溫冷結(jié)晶過程，而修正的Avrami方程和Mo法均能很好的處理此過程。純PLA和PLA/T-ZnOw復(fù)合材料非等溫冷結(jié)晶后的熔融曲線也都呈現(xiàn)雙重或三重熔融峰，T-ZnOw的加入加快了第三重熔融峰的消失。Hoffman-Lauritzen理論及其推論的結(jié)果表明，復(fù)合材料的Ea)(T絕對(duì)值隨著T-ZnOw的增加先增大后