论文部分内容阅读
聚乳酸(PLA)是重要的源于可再生资源的生物降解塑料,有望取代传统的石油基非降解塑料。然而,PLA存在脆性大的缺点。将PLA与聚己内酯(PCL)或聚氧化乙烯(PEO)等柔性聚合物共混是改善其韧性的重要手段。而在共混物中添加纳米填料有助于进一步调控其形态结构和性能。本论文着重用原子力显微镜(AFM)研究了PLA/PCL/多壁碳纳米管(MWCNTs)纳米复合材料以及形变的PLA/PEO共混物的形貌和纳米力学性能。主要结果如下:(1)用AFM的ScanAsyst模式和力曲线阵列(FV)模式研究了PLA/PCL/MWCNTs(80/20/0.5)纳米复合材料的微观形貌和纳米力学性能。在ScanAsyst模式下,能清晰地获得试样的表面形貌特征。PLA和PCL试样分别为无定型态和结晶态,混合物形貌特征是典型的“海-岛”结构。在PLA/PCL/MWCNTs的纳米复合材料中,MWCNTs主要分散在PLA与PCL的相界面与PCL相中,MWCNTs的选择局域性分布使分散相PCL的粒径减小,也进一步说明MWCNTs能使PLA与PCL的相容性增加。在FV模式下,纳米力学技术成功地用于识别和表征含有各种组分的复合材料的异质性。在PLA/PCL/MWCNTs的纳米复合材料中,拉伸试样的宏观模量为2.69±0.10 GPa与FV模式测量的高峰值模量2.72±0.03 GPa相一致。在PLA/PCL的混合物中,试样的宏观模量与微观的峰值模量相差较大。相比之下,MWCNTs的这种选择性分布的微观形貌,一定程度上影响了PLA/PCL的宏观性能。最后,MWCNTs对PLA/PCL的界面宽度和强度没有影响,但能使界面的形貌变得光滑。(2)用AFM的Tapping模式和FV模式研究了PLA/PEO(80/20)在不同应变下微观形貌和纳米力学性能。在Tapping模式下,未拉伸的PLA/PEO试样在其相图中清晰呈现“海-岛”结构。此外,从相图可以总结出,在共混物中PLA处于连续相,而分散相是PEO-PLA相容相,并且PEO相存在于分散相中。从形变的PLA/PEO共混物的结果来看,基体的空穴形成是PLA发生脆-韧转变的关键因素。在FV模式下的模量分布图中,整个形变过程是可视化的,尤其是贯穿着分散相相形貌的变化。相形貌经历了一个有趣的过程:对于分散相,在应变为50%时发生变形、在100%时聚集,在200%时合并最终在225%应变下碎裂。在模量分布图中,拟合PEO相,PEO-PLA相和PLA相的峰。由此产生的峰值变化可归因于由应力引起的塑性流动的相分离。由于高应变(200%和225%),PEO-PLA相经历相分离。它产生高浓度PEO的PEO-PLA相,以及高浓度PLA的PEO-PLA相。