高岭土和氮化硼纳米片填充的PLA/PCL共混物制备与性能研究

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当前,高分子材料的生产主要依赖于一次能源化石能源,且废弃后难以回收利用或彻底降解,给生态环境带来了严重的危害。同时,高分子材料存在机械性能差、刚性低、耐热性差等诸多问题。为了人类经济社会的可持续发展,开发高性能的环境友好型高分子材料成为当前的研究热点。本课题选用当前应用较为广泛的生物降解材料聚乳酸(PLA)作为基体材料,为了克服PLA脆性大的缺点,选用聚己内酯(PCL)与PLA制备高分子共混物。同为生物降解材料的PCL韧性好,通常用作增塑剂和塑料低温冲击性能改性剂,采用熔融共混的方式将二者结合。通过扫描电镜形貌观察发现,二者互不相容,PLA和PCL的质量比为1:1时,共混物在微观上呈现海-海结构,而当共混物中两者质量不同时,共混物在微观上呈现海-岛结构。采用超声液相剥离法制备六方氮化硼纳米片(h-BNNS),并将其加入PLA/PCL中以改善复合材料的导热性能。PLA/PCL拉伸测试结果表明,PLA和PCL比例为70:30(wt%)时,材料的力学性能较好,其抗拉强度达到了20.54MPa,断裂伸长率为7.15%。在此基础上,通过添加高岭土(kaolin)进一步改善其力学性能,并以马来酸酐(MA)作为增容剂,过氧化苯甲酰(BPO)作为引发剂,研究了不同含量填加剂对复合材料力学性能的影响。添加高岭土的复合材料扫描电镜测试结果表明,高岭土分散于PLA和PCL两相界面和PCL相内。加入马来酸酐后,高岭土的分散较为均匀。力学性能测试结果表明,添加高岭土和马来酸酐后,复合材料的拉伸强度、断裂伸长率和弯曲性能都有所提高。0.02MA-K/PLA/PCL比其他样品具有更高的韧性,其抗拉强度为41.2MPa,断裂伸长率为13.2%。利用红外测温成像仪对添加h-BNNS的复合材料的导热性进行测试,结果表明添加h-BNNS后复合材料的导热性显著提高。同时,在共混过程中改变加料顺序会显著影响到复合材料的导热性能。先加入PLA和PCL,后加入h-BNNS的复合材料的导热性能更加出色。结合扫描电镜显微照片我们发现,h-BNNS加入后分散于两相界面,形成了连续导热网络,显著提高了复合材料的导热性能。
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