左旋聚乳酸/右旋聚乳酸/玻璃纤维复合材料结晶、流变和力学性能

doi:10.19894/j.issn.1000-0518.250080

摘要/Abstract

摘要：

通过熔融共混制备了左旋聚乳酸（PLLA）/右旋聚乳酸（PDLA）/玻璃纤维（GF）复合材料。结果表明，熔融共混过程中形成的立构络合晶体（SC）能显著提高PLLA的结晶能力。 PLLA/PDLA/GF复合材料的维卡软化温度（VST）可达160 ℃，比纯PLLA高约100 ℃。 GF和PDLA的引入提高了复合材料的流变性能。当PDLA质量分数增加到4%时，形成SC晶体网络结构。力学性能测试表明，GF质量分数为1.6%的复合材料的拉伸强度和杨氏模量分别比纯PLLA提高28%和93%。 PLLA/PDLA/GF复合材料的流变性能、力学性能以及耐热性能的增强将有助于PLLA复合材料在更多生物降解领域的应用。

关键词: 左旋聚乳酸/右旋聚乳酸, 玻璃纤维, 复合材料, 立构复合

Abstract:

Poly（L-lactic acid）（PLLA）/poly（D-lactic acid）（PDLA）/glass fiber （GF） composites were prepared by melt compounding. The results showed that the SC crystallites could dramatically accelerate the crystallization rate of PLLA. The vicat softening temperature （VST） of PLLA/PDLA/GF composites couldreach 160 ℃， about 100 ℃ higher than that of neat PLLA. The introduction of GFs and PDLA enhanced rheological properties of composites. When PDLA content was increased to 5%（mass percent）， the network of SC crystallites was formed. Mechanical testing reaveled that the Young′s modulus and tensile strength of the composite with 1.6% （mass percent） GF were 28% and 93%， respectively， higher than neat PLLA. It is believed that the enhanced rheological and mechanical properties， as well as heat distortion resistance of the PLLA/PDLA/GF composites can contribute to the success of PLA composites in more biodegradable applications.

Key words: Poly（L-lactic acid）/poly（D-lactic acid）, Glass fiber, Composites, Stereocomplex

中图分类号:

O632

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图/表 8

图1 纯PLLA和PLLA/PDLA/GF复合材料熔融共混过程中转矩与时间关系曲线（A）及升温速率10 ℃/min下的DSC升温曲线（B）

Fig.1 （A） Torque as a function of time during melt blending process and （B） DSC heating flow curves of neat PLLA and PLLA/PDLA/GF composites at a heating rate of 10 ℃/min

图2 （A）纯PLLA、（B）PLLA/GF、（C）PLLA-D1.6/GF、（D）PLLA-D4/GF和（E）PLLA-D8/GF样品的SEM图

Fig.2 SEM images of surface for （A） neat PLLA，（B） PLLA/GF，（C） PLLA-D1.6/GF，（D） PLLA-D4/GF and （E） PLLA-D8/GF

图3 样品的DSC曲线：（A）第1次降温和（B）第2次升温，速率10 ℃/min

Fig.3 DSC thermograms of samples：（A） first cooling and （B） second heating at a rate of 10 ℃/min

表1 纯PLLA和PLLA/PDLA/GF复合材料的热参数

Table 1 DSC data of neat PLLA and PLLA/PDLA/GF composites

Samples	First cooling		Second heating
Samples	T_c/℃	ΔH_c/（J·g^-1）	T_cc/℃	ΔH_c/（J·g^-1）	T_m/℃	ΔH_m，HC/（J·g^-1）	X_HC/%	ΔH_m，SC/（J·g^-1）	X_SC/%
PLLA	-	-	106.5	26.4	169.8	35.7	10.0	-	-
PLLA/GF	-	-	109.0	29.3	170.4	35.9	7.1	-	-
PLLA-D1.6/GF	111.4	33.0	-	-	165.9	38.4	41.3	1.9	2.0
PLLA-D4/GF	115.6	32.1	-	-	166.8	33.9	36.5	5.2	5.2
PLLA-D8/GF	116.1	32.5	-	-	167.2	33.0	35.5	11.8	11.1

图4 样品在175 ℃的（A）储能模量（G′）、（B）损耗模量（G″）、（C）复合黏度（|η*|）和（D）损耗因子（tanδ）相对于频率的曲线

Fig.4 Variation of （A） storage modulus （G′），（B） loss modulus （G″），（C） complex viscosity （|η*|） and （D） loss tangent （tanδ） vs. frequency for samples at 175 °C

图5 0.05 rad/s角频率下的G′和G″随PDLA质量分数的变化曲线

Fig.5 The plots of G′ and G″ at 0.05 rad/s vs. PDLA content

图6 纯PLLA及PLLA/PDLA/GF复合材料未退火（A）、退火处理下的变形-温度曲线（B）和维氏软化温度（C）

Fig.6 Deformation-temperature curves of neat PLLA and PLLA/PDLA/GF composites with unannealed（A）， annealed treatment （B） and vicat softening temperature（VST）（C）

图7 PLLA及PLLA/PDLA/GF复合材料的（A）应力-应变曲线、（B）断裂伸长率、（C）拉伸强度和（D）杨氏模量

Fig.7 （A） Stress-strain curves，（B） elongation at break，（C） tensile strength and （D） Young′s modulus of PLLA and PLLA/PDLA/GF composites

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