聚乳酸/纳米云母复合材料的制备及性能的研究

【摘要】聚乳酸是以乳酸为原料聚合而成的聚合物,它的原料来源广泛且可以再生,其制品可以生物降解并最终完全分解为水和二氧化碳,实现在自然界中的循环,因此是理想的绿色高分子材料,但是也存在力学性能较差,结晶性不好,热稳定性不高等缺点,使用片状的天然无机硅酸盐类的填料如蒙脱土、高岭土、云母等有望改善聚乳酸的上述缺陷。本文以自行制备的纳米云母为填料,制备了聚乳酸/纳米云母复合材料。用毛细管流变仪、Haul-off牵伸设备测试研究了纳米云母对聚乳酸/复合材料的流变性、可纺性,用热台偏光显微镜、差示扫描量热仪、热重分析仪等仪器测试分析了该复合材料的结晶性以及热稳定性,并建立了片状云母颗粒填充聚乳酸复合材料的单胞导热模型,使用有限元软件分析了复合材料的导热性。得到了如下结论:1.纳米云母颗粒对聚乳酸熔体的流动有阻碍作用,但并不改变其流动类型,共混熔体仍然属于切利变稀流体。在剪切速率低于3000s-1的范围内,不同组分的聚乳酸/云母共混熔体的非牛顿指数n都随剪切速率的提高而快速下降,当剪切速率提高到3000s-1以上后,云母含量更高的共混体系的n值降低更为缓慢并且很快达到到一个平台,当云母含量为4wt%的时候,其非牛顿指数超过了纯聚乳酸熔体。聚乳酸/纳米云母共混熔体的表观粘度均随温度的上升而下降。粘流活化能分析可知,聚乳酸/云母共混熔体的粘流活化能高于纯聚乳酸,且随剪切速率的提高而降低。随着云母含量的提高,共混熔体的可纺性降低,所制得的相应的初生纤维光泽度下降。2.纯聚乳酸本身的结晶性能较差,纳米云母对聚乳酸有较好的异相成核作用,可改善聚乳酸的结晶性能。纳米云母对聚乳酸结晶性的提高的作用有一定的限度,当云母含量为4wt%时,结晶度达到最大。聚乳酸/纳米云母复合材料的DSC曲线的熔融双峰现象随云母含量的提高而愈加明显。非等温结晶研究表明,随着降温速率的提高,PLA/Mica复合材料的半结晶时间t1/2减小,结晶峰位置向低温方向移动。用Ozawa方法和莫志深法处理PLA/Mica复合材料的非等温结晶过程可以得出较好的结果。热重分析表明,随着纳米云母含量的增加,聚乳酸/纳米云母复合材料的热稳定性有所下降,复合材料体系的热分解温度和最快分解温度逐渐降低,但降低幅度有限。3.基于最小热阻力法和比等效导热系数法推导了片状填料填充聚合物基复合材料的导热模型并推导出了相应的等效导热系数公式,可适用于描述较低体积分数下片状颗粒填充聚合物复合材料的传热过程。使用有限元软件Ansys建立了云母填充聚乳酸复合材料单元的三维导热模型,结果表明,云母填充聚乳酸复合材料的导热性可认为是由云母颗粒在不同热流正方向上的贡献,并且更长的导热路径使得云母这类片状的填料在提高高聚物的导热性上具有更大的优势。
【作者】朱凤博；
【导师】张顺花；
【作者基本信息】浙江理工大学，材料加工工程，2014，硕士
【关键词】聚乳酸；纳米云母；聚合物复合材料；流变性；结晶性；热性能；

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