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随着消费者环保意识的提高和国家对环境政策的收紧,可生物降解材料得到了越来越多的关注。聚乳酸(PLA)由于力学强度高且可生物降解,被认为是最有希望的一种“绿色材料”。但PLA本身脆性高、延展性差和熔体强度低等特点,制约了PLA大规模工业化生产应用。为了满足生产和使用的要求,需要对其增韧改性。熔融共混是最常用的PLA增韧改性方法之一,其改性效果受加工设备以及共混物组成的影响。基于三螺杆挤出机优良的塑化混合特性和聚己内酯(PCL)突出的低温韧性,本文采用数值模拟方法模拟了一字型三螺杆挤出机加工聚乳酸基共混材料的混合效果,并在此基础上,以PCL为增韧剂,探究了加工工艺(转速)、改性方法(物理共混和反应共混)、基体配比(PCL含量)及相容剂含量对共混物性能的影响规律。主要内容和结论如下:(1)采用粒子示踪法模拟了物料在一字型三螺杆挤出机中的混合过程,探究了聚乳酸基材料在三螺杆挤出机中的混合特性,并通过实验进行了验证。模拟结果表明,粒子在三螺杆挤出机中经历了较为复杂的流动历程。随转速提高,粒子经历的最大剪切速率增加,相邻粒子间距离增大。不同转速实验的扫描电镜图(SEM)显示,提高转速,有利于减小分散相粒径,此外,反应共混中还观察到部分被PCL包裹的相容剂逐渐向两相界面迁移。这些结果均证明了高转速有利于物料的分散与分布混合。但动态流变结果显示,转速过高,强剪切会导致PLA降解,且较低的停留时间不利于原位反应的充分进行。力学结果表明,转速为80rpm时,物理共混和反应共混制备的共混物冲击强度均处于较优值。(2)在模拟和实验的指导下,选择80rpm为加工转速,探究和对比了PCL含量对物理共混和反应共混制备的PLA/PCL共混物的流变性能、微观形貌、热性能和力学性能的影响规律。动态流变和微观形貌结果表明,PCL含量越高,相分离程度越大,相容性越差,加入8份相容剂乙烯-丙烯酸丁酯-甲基丙烯酸缩水甘油酯(PTW)后,各组分相容性得到不同程度改善,且PCL低含量组分相容性改善更明显:PCL添加量不超过20wt%时,反应共混物冲击强度较物理共混大幅提高,超过20wt%后增幅明显下降;差式扫描量热分析(DSC)测试结果表明,反应共混对PLA的结晶行为有所抑制,这种现象可归结于原位反应对PLA/PCL的增容作用引起的。以上结果均表明,PLA/PCL的相容性由PCL含量和原位反应共同决定。(3)固定PLA/PCL组分比为90/10(w/w),改变PTW质量份数,进一步探究了相容剂含量对PLA/PCL性能的影响。界面张力结果表明,PTW选择性分布在PLA与PCL相界面。动态流变、动态力学分析(DMA)、DSC结果均表明随着PTW含量的提高,共混物相容性得到明显改善。脆断面和刻蚀SEM中观察到“多层堆叠结构”,证实了PTW分布于两相界面,揭示了PTW通过对两相“桥接”实现增容的作用机制。在此基础上提出了PTW对PLA/PCL共混物的增韧机理。本文探究了不同因素对PLA/PCL共混物性能的影响规律,特别是反应共混中PTW的作用。研究结果对连续型加工设备制备聚乳酸基改性材料具有较大的指导意义。