PLA/PHBV共混3D打印线材的制备及性能研究

采用熔融共混法制备了聚乳酸/聚(3-羟基丁酸-co-3-羟基戊酸酯)(PLA/PHBV)共混物,用熔融沉积成型(FDM)技术制备了三维(3D)打印标准测试样条,研究了PLA/PHBV质量比对PLA/PHBV共混物及3D打印线材性能的影响。结果表明,PLA/PHBV共混材料是完全不相容的体系,随着PHBV含量的增加,PLA/PHBV共混物以及3D打印制品的拉伸强度下降,但断裂伸长率有所提高;弯曲强度及冲击强度均先上升后下降;注塑样品的拉伸强度最大可达43.31 MPa,断裂伸长率可达5.37%;3D打印制品的拉伸强度最大可达49.16 MPa,断裂伸长率可达7.41%;PLA/PHBV共混物以及3D打印制品淬断断面呈现典型的"海岛"分布,PHBV相均匀的分散在PLA基中;随着PHBV含量的增加,注塑样条的断面逐渐变得粗糙,打印制品层与层之间空隙减小,填充率上升,黏结性能提高。     

PHBV增韧PLA的结晶及力学性能研究

采用熔融共混法,以聚(3-羟基丁酸-co-3-羟基戊酸酯)(PHBV)为增韧剂对聚乳酸(PLA)进行改性,得到PLA/PHBV复合材料。研究了PHBV用量对PLA/PHBV复合材料结晶性能和力学性能的影响。结果表明:随着PHBV用量的增加,PLA/PHBV复合材料的结晶度逐渐减小,拉伸强度和弯曲强度逐渐降低,而断裂伸长率则逐渐增大(当PHBV用量为50%时,复合材料的断裂伸长率比纯PLA提高了1.72倍),同时复合材料的冲击强度亦有所提高。由此可见,在不明显降低拉伸强度和弯曲强度的前提下,适量PHBV的添加能够改善PLA/PHBV复合材料的韧性。     

聚乳酸共混增韧和耐热性能的研究

将乙烯/甲基丙烯酸丁酯/甲基丙烯酸缩水甘油酯三元共聚物(GEBMA)和滑石粉(Talc)按不同比例加入聚乳酸(PLA)基体中,熔融共混制备PLA/GEBMA/Talc共混物。将GEBMA的质量分数固定为10%,探讨了不同含量的Talc对PLA/GEBMA/Talc共混物的力学性能、流变性能、热性能、相形态以及耐热性能的影响。结果表明:GEBMA的加入提高了PLA的韧性,冲击强度从纯PLA的4.3 kJ/m~2提高到PLA/GEBMA(90/10)的21.6 kJ/m~2。随着Talc含量的增加,PLA/GEBMA/Talc共混物的拉伸强度和冲击强度降低,弹性模量增加,PLA/GEBMA/Talc材料具有良好的力学性能。Talc起到了异相成核作用,可以提高结晶速率,减小PLA的晶体尺寸,改善了共混物的耐热性能。PLA/GEBMA/Talc材料可广泛用于可生物降解的注塑产品。     

丙烯酸酯增韧聚乳酸的制备与性能

采用1,6-己二醇二丙烯酸酯(HDDA)和聚乳酸(PLA)为原料,通过反应共混法制备了PLA/HDDA共混物,并利用拉力试验机、冲击试验机、扫描电子显微镜、差式扫描量热仪和偏光显微镜研究了HDDA含量对共混物力学性能、断面形貌、热性能和结晶性能的影响。结果表明,HDDA对PLA具有良好的增韧效果,随着HDDA含量的增加,共混物的断裂伸长率和冲击强度显著提高;当HDDA含量为20%时,冲击强度达到8. 2 kJ/m~2,断裂伸长率为62. 8%,而拉伸强度仍保持在较高水平(39. 8 MPa)。HDDA的加入使共混物的冲击断面变粗糙,断裂形态为韧性断裂;随着HDDA含量的增加,共混物中PLA相的玻璃化转变温度逐渐降低,冷结晶温度先升高后降低,结晶度则先减小后增大。     

聚乳酸／聚（3⁃羟基丁酸⁃co⁃3⁃羟基戊酸酯）共混材料3D打印线材改性研究

采用熔融共混法制备聚乳酸／聚（3?羟基丁酸?co?3?羟基戊酸酯）（PLA/PHBV），以及分别添加苯乙烯?甲基丙烯酸缩水甘油酯共聚物（ADR）、柠檬酸三丁酯（TBC）的共混物PLA/PHBV/ADR和PLA/PHBV/TBC，通过注塑和熔融沉积成型（FDM）技术制备了标准测试样条，研究了添加ADR和TBC后对PLA/ PHBV共混材料及三维（3D）打印样品热学性能和力学性能的影响。结果表明，PHBV结晶度均降低，加入ADR的注塑样品断裂伸长率最大提高到32 %，加入TBC的注塑样品拉伸强度和冲击强度提高，断裂伸长率提高到2.8 %；加入ADR的3D打印制品拉伸强度降低，断裂伸长率提高，添加TBC的3D打印制品相容性得到了明显的提升，通过扫描电子显微镜（SEM）观察无明显的颗粒相，拉伸强度在改性前后无明显变化。     

聚乳酸/聚氨酯共混物的力学行为与形态研究

采用双螺杆挤出机制备了一系列聚乳酸(PLA)/热塑性聚氨酯(TPU)共混物,通过万能试验机、悬臂梁冲击试验机和动态力学分析仪对PLA/TPU共混物进行力学性能测试,并对不同拉伸状态下的试样和冲击断面分别进行扫描电子显微镜观察。结果表明,随着TPU含量的增加,PLA/TPU共混物的断裂伸长率和冲击强度显著增大,且储能模量降低,损耗模量升高,其拉伸断面呈现出液滴态一粗纤态一细纤态的演变;当TPU含量达到40%(质量分数,下同)时,PLA/TPU共混物的断裂伸长率和冲击强度分别比纯PLA增加了300%和13.5倍。     

丙烯酸酯接枝改性天然橡胶增韧聚乳酸

通过在天然橡胶(NR)分子链上接枝甲基丙烯酸甲酯(MMA)和丙烯酸丁酯(BA),制备了三种丙烯酸酯接枝改性NR:NR-g-PMMA,NR-g-PBA和NR-g-(PMMA,PBA)。采用核磁共振氢谱对三种接枝物进行了化学结构鉴定。将接枝改性后的NR和未改性的NR与PLA采用哈克密炼机熔融共混,分别制备了PLA/NR,PLA/NR-gPMMA,PLA/NR-g-PBA和PLA/NR-g-(PMMA,PBA)共混物,研究了接枝改性NR和未改性NR含量对共混物力学性能和热性能的影响。各共混物的拉伸弹性模量和拉伸强度均随接枝改性NR和未改性NR含量的增加而降低,断裂伸长率和缺口冲击强度随接枝改性NR和未改性NR含量的增加而提高。其中,PLA/NR-g-PBA共混物的断裂伸长率和缺口冲击强度比其它共混物提高的幅度大,当NR-g-PBA的质量分数为5%时,PLA/NR-g-PBA共混物的断裂伸长率达到78%,缺口冲击强度为5.2 k J/m2,而纯PLA的断裂伸长率仅为7.7%,缺口冲击强度为2.5 k J/m2,说明NR接枝分子柔顺性较高的BA更有利于促进其与PLA共混物的韧性提高。热分析结果表明,PLA/NR-gPBA共混物的热稳定性相比于纯PLA也有所提高。     

PLA/PBAT/OMMT生物基材料的制备及快速成型

对生物可降解材料聚乳酸(PLA)与聚己二酸对苯二甲酸丁二酯(PBAT)及有机蒙脱土(OMMT)材料进行共混,采用挤出成型制备PLA/PBAT/OMMT线材,再采用快速成型制备标准试样,通过对样件的力学性能、结晶行为、断面形貌和表观质量的测试和分析得出:纯PLA的拉伸强度和断裂伸长率分别为7.42MPa和1.8%,表现出硬而脆的特点;PLA/PBAT共混后,随着PBAT含量的增加,共混材料的断裂伸长率以及冲击强度不断提高,当PBAT含量为60%时,共混物的断裂伸长率达到405%,材料的冲击强度为31.11kJ/m2,约为纯PLA的11倍;而共混材料的拉伸强度表现出先增后减的趋势,当PBAT含量约为30%时,拉伸强度最佳,为37.08MPa;加入2%含量的OMMT后,共混材料的综合力学性能较之前又有不同程度的提高,其中拉伸强度以及冲击强度提升的较为明显;通过差示扫描量热和扫描电镜分析,PLA/PBAT共混体系为不相容体系,两相界面存在大量的孔洞,且结晶性能差,为半结晶聚合物,OMMT的加入使PLA/PBAT的两相界面变得模糊,极大地改善他们的相容性,而且还提高了共混物的结晶度;通过观察打印制件的表观质量,当PBAT的含量在30%左右,综合快速成型性能最佳。     

不同分子量PCL增韧PLA的结构与性能

采用两种不同分子量的聚(ε-己内酯)(PCL)(粘均分子量60 000和3 000)与聚乳酸(PLA)在175℃下共混10 min制备PLA/PCL共混物。通过动态流变、扫描电子显微镜(SEM)和力学性能等研究了PLA/PCL共混物的结构和性能。动态流变显示,在PCL低含量(质量分数小于15%)时,PCL与PLA是相容的,质量分数为15%时PCL与PLA表现出明显的相分离行为。SEM显示,随着PCL含量的增加,PCL相的尺寸变大;低分子量PCL(L-PCL)的相尺寸明显大于高分子量PCL(H-PCL),而且相形态不是规则的球状。随着PCL含量的增加,共混物的拉伸强度下降,而断裂伸长率增加。当H-PCL质量分数为8.3%时,PLA/H-PCL共混物的断裂伸长率为137.32%。当H-PCL质量分数为15%时,其断裂伸长率高达232.76%。在添加相同含量PCL时,PLA/H-PCL共混物的拉伸强度高于PLA/L-PCL;而PCL质量分数8%时,共混物的断裂伸长率相差不多,当PCL质量分数大于8%时,PLA/H-PCL共混物的断裂伸长率明显比PLA/L-PCL共混物的高。     

低密度聚乙烯/聚乳酸共混物性能的研究

利用熔融成型法制得不同聚乳酸(PLA)质量分数的低密度聚乙烯/聚乳酸(PE–LD/PLA)共混物,并对PE–LD/PLA共混物的结构和性能进行研究。结果表明,共混物中PLA相与PE–LD相之间没有发生化学反应,它是PLA与PE–LD的一种简单混合物。共混物中的PLA含量对其力学性能和亲水性均有很大影响。随着PLA含量的增加,共混物的断裂伸长率逐渐降低而拉伸强度和拉伸弹性模量逐渐增大,共混物的亲水性增加,且随着降解时间的增加,共混物的断裂伸长率轻微增加而拉伸强度和拉伸弹性模量小幅度降低,这些现象均与PLA是一种强度高但柔韧性较差的亲水性高分子材料有关。     

一种胺端基型超支化聚合物对PHBV的增韧改性研究

采用熔融共混法制备了聚3羟基丁酸酯co-3羟基戊酸酯（PHBV）/超支化乙二胺三嗪聚合物（HBP）共混物;利用差示扫描量热仪、旋转流变仪、电子万能试验机、偏光显微镜和扫描电子显微镜等,对PHBV/HBP共混物的热性能、流变性能、力学性能、结晶形貌和表面形貌进行了表征。结果表明,当HBP的含量为1.0 %（质量分数,下同）时,与纯PHBV树脂相比,PHBV/HBP共混物在保持拉伸强度基本不变的情况下,冲击强度提高了31.3 %,断裂伸长率提高了45.5 %,结晶度由71.7 %下降至59.1 %。     

聚乳酸/无机填料复合材料结构与性能的研究

采用密炼器熔融共混法,将聚乳酸(PLA)分别与碳酸钙(CaCO3)、蒙脱土(MMT)及滑石粉(Talc)共混制备成生物降解复合材料,研究了PLA/无机填料共混物的力学性能、断面微观结构及结晶性能。结果表明:CaCO3、MMT和Talc均降低了PLA的断裂伸长率;Talc和CaCO3对PLA的拉伸强度影响不大,MMT明显降低了PLA的拉伸强度;Talc和CaCO3相对MMT在PLA基体中的分散较均匀;CaCO3和MMT改善PLA结晶性能的效果不明显,而Talc大大提高了PLA的结晶性能使,PLA的结晶温度下降约20℃结,晶度提高近3%。     

PLA增强改性PBS共混物制备及性能

采用熔融共混法制备聚丁二酸丁二酯(PBS)/聚乳酸(PLA)共混物,研究PLA含量对共混物的熔体流动速率(MFR)、拉伸性能、微观形貌以及结晶结构的影响。结果表明,由于PLA熔体的较高黏度,导致PBS/PLA共混物的MFR随着PLA含量增大而显著降低。适量PLA的加入可实现其对PBS的增强增韧,当PLA质量分数为30%时,共混物的拉伸屈服强度、拉伸弹性模量以及断裂伸长率分别由纯PBS的32.0,473.1 MPa和282.5%增大至34.4,610.8 MPa和455.2%,拉伸性能最优。而当PLA质量分数增大至40%时,共混物中出现严重的PLA相合并,导致其断裂伸长率剧烈降低至11.3%。此外,结晶测试结果表明,共混物中PBS基体为半结晶结构,而PLA分散相为非晶态结构,PLA的加入会导致PBS结晶度降低。     

PLA/P34HB共混纤维的制备与性能

采用熔融纺丝法制备了聚乳酸（PLA）/聚（3-羟基丁酸酯-co-4-羟基丁酸酯）（P34HB）共混纤维,分析了P34HB含量对PLA/P34HB共混纤维热学性能、结晶性能和力学性能的影响,并研究了拉伸倍数对P34HB含量为30%(w)的共混纤维性能的影响。结果表明：当拉伸倍数为3倍时,随着P34HB含量的增加,PLA/P34HB共混纤维的结晶度逐渐降低,断裂强度和初始模量逐渐下降,而断裂伸长率逐渐增大;随着拉伸倍数的增大,P34HB含量为30%(w)的PLA/P34HB共混纤维的结晶度、断裂强度和初始模量逐渐提高,断裂伸长率逐渐降低,当拉伸8倍时,共混纤维的断裂强度达到425 MPa,断裂伸长率为15.5%,初始模量为7 005 MPa。     

扩链剂对PBAT/Talc复合材料性能影响研究

通过熔融共混制备可生物降解的聚对苯二甲酸己二酸丁二醇酯/滑石粉(PBAT/Talc)复合材料,探究滑石粉及扩链剂含量对PBAT/Talc复合材料力学性能、结晶性能、流变性能及微观形貌的影响。结果表明:随着滑石粉及扩链剂含量的增加,复合材料的屈服应力及拉伸模量逐渐增大,但断裂伸长率逐渐下降;当滑石粉及扩链剂含量分别为30%和0.6%时,PBAT/Talc复合材的拉伸强度最高为18.1 MPa,断裂伸长率为257%;随着扩链剂含量的增加,PBAT/Talc复合材料的熔点、结晶度及结晶温度逐渐降低,PBAT/Talc复合材料熔体的拉伸黏度逐渐增大;当扩链剂加入量为0.6%时,滑石粉在PBAT中的分散性最好,未观察到滑石粉团聚现象。     

PLA/PPC/OMMT纳米复合材料的结构与性能研究

采用双螺杆挤出机制备了聚乳酸（PLA）/聚碳酸亚丙酯（PPC）共混物和PLA/PPC/有机改性蒙脱土（OMMT）纳米复合材料,采用偏光显微镜、差示扫描量热仪和力学性能试验机等对共混物和纳米复合材料的相态结构、熔融与结晶行为和力学性能等进行了研究。结果表明,在PPC含量低于30 %时,随着PPC含量的增加,PLA/PPC和PLA/PPC/OMMT体系中PLA的玻璃化转变温度（Tg）均降低,在PPC含量为50 %时出现了明显的相分离;随着PPC含量的增加,PLA/PPC的冲击强度增大;OMMT的含量小于1.5 %时,PLA/PPC/OMMT体系的结晶度、拉伸强度、断裂伸长率和冲击强度均随OMMT含量的增加而增大。     

聚酰胺66/改性耐热聚乳酸共混物的力学性能和结晶行为

采用熔融共混和注射成型制备了改性耐热聚酰胺66/聚乳酸（PA66/PLA）共混物,经热处理后,探讨了PLA含量对共混物的断口样貌形态、力学性能以及结晶性能的影响。结果表明,PLA与PA66具有一定的相容性,当PLA的含量不超过10 %（质量分数,下同）时,PA66/PLA共混物的拉伸强度在PA66的93 %以上,其断裂伸长率对比PLA得到了倍数级的增长,是PLA断裂伸长率的8.6倍;当PLA的含量不超过20 %时,共混物的结晶性能变好,提升结晶速率,缩短结晶时间,结晶度有所提高;但当PLA的含量超过20 %以后,共混物的拉伸强度则出现了不同程度的降低。     

OMMT对PHBV/EVA共混物的改性研究

以有机改性蒙脱土（OMMT）为改性剂,采用熔融共混法制备了聚（3-羟基丁酸酯-co-3-羟基戊酸酯）/乙烯-乙酸乙烯酯/有机改性蒙脱土（PHBV/EVA/OMMT）共混物和样条,并通过旋转流变仪、差示扫描量热仪（DSC）、红外光谱仪（FTIR）、万能试验机、热失重分析仪（TG）、偏光显微镜（PLM）和扫描电子显微镜（SEM）等对其流变性能、结晶性能、力学性能、热性能及微观形貌等进行了表征。结果表明,随着OMMT含量的增加,PHBV/EVA/OMMT共混物的损耗模量和复数黏度增大;在PHBV/EVA/OMMT共混物中,OMMT产生了插层结构;OMMT的加入破坏了PHBV/EVA共混物的结晶,使其结晶度降低;当OMMT含量为7份（质量份,下同）时,PHBV/EVA/OMMT的结晶度最低,为43.4 %;随着OMMT含量的增加,PHBV/EVA/OMMT样条的断裂伸长率和冲击强度先升高后降低,当OMMT含量为3份时,其断裂伸长率较PHBV/EVA提升了38.3 %,冲击强度提升了52.5 %;加入OMMT后,PHBV/EVA样条的冲击断面变得更加粗糙。     

SEBS-g-MAH增韧聚乳酸的性能研究

采用哈克密炼机制备了聚乳酸(PLA)与马来酸酐接枝苯乙烯-乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚弹性体(SEBS-g-MAH)的共混物,并对共混物的力学性能、流变性能和微观结构进行了分析。结果表明,共混物的拉伸强度随着SEBS-g-MAH含量的增加而下降,断裂伸长率随着SEBS-g-MAH含量的增加而增大。当SEBS-g-MAH的含量为30 %时,共混物的冲击强度提高了2.5倍,共混物的韧性得到提高。随着SEBS-g-MAH含量的增加,PLA熔体黏度的变化趋势与SEBS-g-MAH越来越相似,即熔体黏度随着频率的增大而下降。扫描电镜分析表明,MAH基团改善了两相间的界面作用,增韧作用明显。     

天然橡胶和纤维素纳米晶对聚乳酸的共混改性研究

通过在天然橡胶(NR)分子链上接枝丙烯酸丁酯(BA)制备接枝改性物NR-g-PBA,并将NR-g-PBA以及NRg-PBA和纤维素纳米晶(CNC)分别与聚乳酸(PLA)熔融共混,得到PLA/NR-g-PBA二元共混物和PLA/NR-g-PBA/CNC三元共混物。研究NR-g-PBA和CNC对共混物力学性能、结晶性能和热稳定性的影响。结果表明:与PLA相比,PLA/NR-g-PBA二元共混物的韧性提高,但拉伸强度降低;随着CNC用量增大,PLA/NR-g-PBA/CNC三元共混物的拉伸强度和拉断伸长率均呈先提高后降低趋势,PLA/NR-g-PBA/CNC共混物(CNC相对于PLA的质量分数为0. 005)的拉伸强度最高,PLA/NR-g-PBA/CNC共混物(CNC相对于PLA的质量分数为0. 01)的拉断伸长率最高;PLA/NR-g-PBA二元共混物和PLA/NR-g-PBA/CNC三元共混物的结晶温度和结晶度均比纯PLA有所提高;NR-g-PBA和CNC的引入有助于提高PLA的热稳定性。