可生物降解PBS/剑麻纤维复合材料的制备及性能研究

摘要

国内外对可生物降解聚丁二酸丁二醇酯（PBS）的研究主要集中在合成工艺和性能改进方面，PBS熔点较高，热稳定型较好，加工性能也较好，在部分领域已经开始工业化应用，然而 PBS也存在刚性较差和价格偏高等不足之处，需要对其进行改性。为保证其可生物降解性能，我们选择天然植物纤维剑麻作为增强纤维，剑麻纤维性能较好，来源丰富，成本低廉，可以在提高材料性能的同时降低成本。本文通过熔融挤出方法制备了 PBS/剑麻纤维复合材料，对剑麻纤维进行一定的表面预处理，增强纤维与基体之间的界面结合强度，并通过SEM、DSC、TG等研究了复合材料的微观形貌和热性能，采用土埋法研究了复合材料的生物降解性能。主要内容如下：
　　（1）采用偶联剂处理剑麻纤维增强复合材料的研究表明，硅烷偶联剂KH-550的处理效果明显优于其他硅烷偶联剂和钛酸酯类偶联剂，不使用偶联剂时，剑麻纤维与基体PBS的结合性能很差，不能挤出成型，当KH-550的用量为4wt％时，复合材料的力学性能较好，偶联剂用量过多或过少都会影响复合材料的力学性能，此时相对纯 PBS树脂而言，复合材料的拉伸强度几乎不变，弯曲强度和缺口冲击强度分别提升了100%和62%；剑麻纤维的质量分数为25wt%时，复合材料的力学性能最佳。
　　（2）采用碱溶液处理剑麻纤维增强复合材料的研究表明，碱处理的最佳浓度为9g/L，浓度过高或过低都会影响复合材料的力学性能，相对未经碱溶液处理的复合材料而言，拉伸强度提高了10%，弯曲强度提高了7%，缺口冲击强度提高了25%；当注射压力为50 MPa，保压压力为40 MPa时，复合材料的力学性能最佳。
　　（3）对复合材料微观形貌的研究表明，剑麻纤维含量较少时，在基体内分散不均，含量较高时，能够交织成网状结构承担应力；未使用偶联剂时，纤维以拔出为主，使用偶联剂后，纤维以拉断为主；适当浓度的碱处理能够提升纤维与基体之间的界面结合强度。
　　（4）对复合材料热性能的研究表明，剑麻纤维的加入能够提升复合材料的耐热性能，但同时也使复合材料的加工性能和热稳定性变差，结晶度也有所降低；对剑麻纤维进行一定的表面处理能够改善复合材料的耐热性能和热稳定性，也能提高复合材料的结晶度，但对加工性能影响不大。
　　（5）对复合材料生物降解性能的研究表明，剑麻纤维的加入能够加快复合材料的降解，剑麻纤维含量越高，降解速率越快，剑麻纤维的加入也缩短了材料的使用周期；碱处理也能够加快复合材料的降解。

目录

封面

声明

中文摘要

英文摘要

目录

1 引言

1.1 可生物降解高分子材料

1.2 聚丁二酸丁二醇酯简介

1.3 剑麻纤维简介

1.4 课题提出的背景及研究目的和意义

2 PBS/剑麻纤维复合材料的制备及性能测试

2.1 实验原料及仪器设备

2.2 复合材料的制备

2.3 PBS/剑麻纤维复合材料的性能测试

3 PBS/剑麻纤维复合材料的力学性能研究

3.1 剑麻纤维长度对复合材料力学性能的影响

3.2 偶联剂种类对复合材料力学性能的影响

3.3 偶联剂用量对复合材料力学性能的影响

3.4 剑麻纤维对复合材料力学性能的影响

3.5 碱处理浓度对复合材料力学性能的影响

3.6 注塑成型工艺对PBS/剑麻纤维复合材料力学性能的影响

3.7 本章小结

4 PBS/剑麻纤维复合材料的微观形貌和热性能研究

4.1 PBS/剑麻纤维复合材料的微观形貌分析

4.2 PBS/剑麻纤维复合材料的MFR和HDT分析

4.3 PBS/剑麻纤维复合材料的熔融结晶行为分析

4.4 PBS/剑麻纤维复合材料的热稳定性分析

4.5 本章小结

5 PBS/剑麻纤维复合材料的生物降解性能研究

5.1 剑麻纤维含量对复合材料生物降解性能的影响

5.2 碱溶液处理对复合材料生物降解性能的影响

5.3 本章小结

结论

参考文献

致谢

个人简历