罗布麻和苎麻纤维增强聚乳酸复合材料的制备与性能研究

来源 :东华大学 | 被引量 : 6次 | 上传用户:linhom222
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随着人们对环境保护和资源合理利用方面的意识逐渐增强,天然纤维增强复合材料凭借其质轻、价廉、力学性能优越、环保无污染等特性,已在汽车、医疗卫生等领域表现出广阔的发展前景。罗布麻纤维被称为“野生纤维之王”,其除具备普通麻纤维的吸湿、透气和良好的力学性能外,还兼具医疗保健、抗菌、抗紫外线等诸多优点。聚乳酸,是一种生物可降解的热塑性树脂,主要原料乳酸来源于玉米等天然材料,具有对环境友好,可塑性好,易于加工成型等优点;但是聚乳酸力学强度低,与麻纤维复合制备的复合材料可以提高整体力学性能,并具有绿色环保等优点。本论文在对罗布麻纤维的基本物化性能进行表征的基础上,以罗布麻纤维毡作为增强体、聚乳酸(Polylactic,以下简称PLA)作为基体,采用层叠铺层后热压成型的方法制备罗布麻纤维/PLA复合材料板,并同时确定了最优的制备工艺参数;对上述复合材料板的机械性能、热学性能及抗菌性能进行测试和分析,并与苎麻纤维/PLA复合材料板的相应性能进行了比较。具体研究内容如下:首先对罗布麻纤维的基本结构和性能进行了测试和分析,具体包括:罗布麻纤维的横、纵向微观形态分析、纤维细度测试和单纤维力学性能、热学性能测试和分析,并得出结论:罗布麻纤维横截面呈不规则的多边形或椭圆形,纵向有明显的竖纹和横节,纤维表面光滑、无卷曲;纤维较细,平均细度为3.5dtex;单纤维的平均断裂强度较高,为8.3 cN/dtex,而伸长较小,属于低伸高模型;纤维的分解温度为270℃,在270℃~330℃之间分解反应最剧烈。其次,对罗布麻纤维、苎麻纤维以及二者的纤维混合体即罗布麻50/苎麻50进行开松、梳理成网和针刺加固,分别制备了罗布麻预针刺纤维毡、罗布麻主针刺纤维毡、苎麻主针刺纤维毡、罗布麻50/苎麻50主针刺纤维毡;并通过热压成型法对上述四种纤维毡增强的PLA复合材料进行制备,确定最终的热压成型参数为温度180℃,压强3 Mpa,热压时间5min。再次,对上述四种纤维毡增强的PLA复合材料力学性能进行测试和分析,结果表明,罗布麻主针刺纤维毡增强复合材料的拉伸性能最好,拉伸强度和拉伸模量分别比苎麻主针刺纤维毡增强复合材料高15.3%和60.1%,但弯曲性能最差,其弯曲强度和弯曲模量分别比苎麻主针刺纤维毡增强复合材料低21.8%和7.6%;进一步通过扫描电镜对断面微观形貌进行观察,发现罗布麻纤维增强复合材料断面中纤维的脱粘现象比苎麻增强复合材料的严重,这可能是由于罗布麻纤维表面较光滑,使纤维与树脂界面粘结强度相比苎麻纤维与树脂之间的界面粘结强度较差,导致其弯曲性能较差。随后也对复合材料的热学性质进行了相应的表征,发现四种纤维毡增强复合材料的整体热学性质相似。最后,为探究不同纤维毡增强复合材料的抑菌性,通过抑菌圈法,对比了三种复合材料(罗布麻主针刺纤维毡增强复合材料、苎麻主针刺纤维毡增强复合材料、罗布麻50/苎麻50主针刺纤维毡增强复合材料)对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌的抑菌效果,结果表明,三种复合材料对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌的抑制效果由强到弱为:罗布麻主针刺纤维毡增强复合材料、罗布麻50/苎麻50主针刺纤维毡增强复合材料、苎麻主针刺纤维毡增强复合材料,且三种复合材料对大肠杆菌的抑制效果均高于对金黄色葡萄球菌的抑制效果。
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