生物基纤维增强聚乳酸材料刀模

生物基纤维增强聚乳酸材料

生物基纤维增强聚乳酸材料 2012： 由于醋酸纤维在生物基塑料中的高效增强作用，醋酸纤维正处于复兴阶段。考虑到醋酸纤维特有的结构，它们能够同时提高材料，如新开发的聚乳酸化合物三种部分冲突的性能。这样就生成了特别定制的全生物基聚乳酸材料，结合了高强度、刚性，以及优异的抗冲击强度。自二十世纪六十于我们自己在单纤维上进行的拉伸试验。对于聚乳酸化合物的抗冲改性，重量百分比为3%，接枝率为1.4%的无规聚丙烯-马来酸酐接枝共聚物（MAPP ；制造商 ：杜邦）被用于降低纤维基体的粘合性（如下）。聚乳酸和重量百分比20%的醋酸连续长丝在170℃下进行混炼，使用德国哈克公司的Rheocord 9000 PTW25反向旋转双螺杆挤出机进行连续双拉挤加工。然后粒料根据DIN EN ISO527-2标准在一台注塑机（德国Arburg公司的Arburg Allrounder 270M500-90）上进行加工，标准试验样品（哑铃形状样条和样块）的加工温度为170℃至180℃，注塑压力在1000至1200bar之间。根据DIN EN ISO527和178标准在德国茨维克公司的Zwick1445拉伸试验机上确定样品在准静态应力下的机械性能，如拉伸强度（σmax），拉伸模量（Etens），断裂伸长率（ξB），和弯曲模量（Eflex）。而抗冲击性能，如简支梁抗冲强度（ac）和缺口抗冲强度（acN），以及吸收渗透能（EP），最大生成力（FM）和能量损失与所储存能量的比率（材料阻尼,Δ）则根据标准DIN EN ISO179和6603-2确定，使用德国Wolfgang Ohst公司生产的摆锤式抗冲试验机，及德国Ceast公司的落锤式抗冲试验机。所有测试样品要在23℃和50%相对湿度下，在气候试验箱中放置一段特定时间。

第一次成功尝试第一代聚乳酸化合物。第一次尝试混炼聚乳酸和醋酸纤维就取得了巨大的成功，加工和配方优化并没有产生很多费用。图1这样一个化合物的断裂表面清楚表明：尽管各个单独部分具有极端不同的亲水性能，仍可以生成具有足够粘合力的均匀结构的聚合物—纤维材料。仅仅添加20%重量百分比的醋酸纤维，就显著提高了聚乳酸的性能水平。图2显示与未增强聚乳酸相比，化合物的强度提高了40%（达到104Mpa），拉伸和弯曲模量分别提高了50%和65%（达到4.3和5.0Gpa）。一个特别令人吃惊的结果是化合物在冲击应力（图3）和渗透应力下的能量吸收能力显著提高（图4），而缺口和无缺口简支梁抗冲强度值在室温下比未增强聚乳酸高了三倍， -18℃时高二倍。吸收渗透能（EP）达到三倍，材料阻尼（Δ）从0提高到0.2。

优化纤维—基体粘合力第二代聚乳酸化合物。在进一步开发聚乳酸化合物时，提高纤维—基体的粘合力是最初关注的重点。因为没有专门针对这种材料的商用粘合力增强剂可用，我们采取了自己的方法来解决这个难题。在混炼过程中添加1%重量百分比的六亚甲基二异氰酸酯可以获得非常好的纤维—基体粘合力。使用扫描电子显微镜（SEM）来对化合物的断裂表面进行形态分析也可以看到这一点（图5）。试验结果已经发表在图中，但拉伸强度增长15%及抗冲强度下降15%未达到预期。与此相比，添加3%重量百分比的MAPP来降低纤维—基体粘合力，可以生成高抗冲化合物。根据Felix和Gatenholm描述的机理，疏水的MAPP不可逆地键合到纤维表面，并在熔融混炼过程中完全涂覆到纤维表面。因此疏水醋酸纤维和聚乳酸基体之间通过偶极和/或氢桥键合的相互作用不再发生。当测试样品受到弹性应力时，基体会在大量吸收能量后与纤维剥离，受到强烈的摩擦纤维被拉出。图5可以看出，除了其它原因，有时极长的拉出的纤维也要为增强的冲击能量吸收负责。化合物的刚性基本上没有变化，仍保持在高水平，而强度仅有轻微下降（图2），所有测得的抗冲强度值都显著提高—如图3和图4所示。用无缺口测试样品测得纤维含量重量百分比20%的抗冲强度值为95kJ/m2，而缺口样品测得为26 kJ/m2（图3）。这表示相比未增强聚乳酸增长了五至十倍，也是未改性化合物的两/三倍。结论聚乳酸基体中即使少量的高韧性醋酸纤维（重量百分比20%）也可以带来显著的、同时发生的增强效果。在脆性或柔性塑料中无需添加塑化剂，通过醋酸纤维增强，就可以克服聚乳酸的脆性。这里纤维和基体在界面的相互作用对化合物的性质有决定性的影响。(end)

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