二维材料MXene在聚乳酸结晶及拉伸力学性能调控中的应用

来源 :西安工业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:zhongguohuhu
下载到本地 , 更方便阅读
声明 : 本文档内容版权归属内容提供方 , 如果您对本文有版权争议 , 可与客服联系进行内容授权或下架
论文部分内容阅读
近年来,石油基高分子材料造成的环境污染和石油消耗引起了全世界的关注,开发可再生和可降解聚合物基材料至关重要。聚乳酸(PLA)是一种天然合成高分子材料,具有优异的生物降解性和生物相容性,然而其结晶性能差、耐热性差和“硬而脆”的机械性能导致应用范围被限制。MXene是一种二维无机碳氮化合物,具有优异的机械性能,并且它可以作为成核剂提升结晶速率。聚己二酸对苯二甲酸丁二醇酯(PBAT)是一种环境友好型材料,具有更好的耐热性和延展性。聚乙二醇(PEG)具有良好的水溶性,可与PLA高度相容,同时也是PLA的优良增塑剂。因此本文选择MXene作为成核剂,PBAT作为PLA的增韧剂,PEG作为PLA的增塑剂,探究PBAT、PEG和MXene对PLA性能的影响。本文首先通过刻蚀MAX相制备了MXene。结果表明,通过扫描电子显微镜(SEM)发现MAX相的致密层状结构变成了有空隙的分层结构,说明刻蚀成功,随后研究了MXene对PLA性能的影响。X射线衍射仪(XRD)结果表明MXene作为成核剂,并不会影响PLA的晶型;偏光电子显微镜(POM)观察复合材料的结晶形貌得出MXene的加入有效提高了PLA的成核密度;差示扫描量热仪(DSC)结果发现,MXene的加入降低了PLA冷结晶温度,但是总结晶速率有所降低;拉伸测试力学性能发现,随MXene含量的增加PLA的拉伸强度和断裂伸长率先增大后减小。其次,为了解决MXene和PLA相容性差的问题,采用硅烷偶联剂改性MXene来提升其在PLA基体中的分散性。结果表明,傅里叶红外光谱(FTIR)中Ti-O-Si键特征峰的出现说明改性成功,进而研究OTES-MXene对PLA性能的影响。结果显示,经OTES改性后的MXene仍旧可以作为成核剂促进PLA的成核结晶,但成核效果不如改性前。复合材料冷结晶温度降低,结晶速率无明显提升。对热稳定性以及力学性能的影响相比MXene略有降低。之后,在PLA/MXene中加入含量为10wt%的PBAT,研究PBAT与MXene对PLA性能的影响。结果表明,PBAT的加入降低了PLA的冷结晶温度,在MXene的协同作用下,冷结晶温度进一步降低,等温状态下结晶速率增加。热重分析仪(TGA)测试结果显示PLA/MXene复合材料中引入PBAT后复合材料最终分解温度整体提高。并且PBAT作为增韧剂的加入,提升了PLA以及PLA/MXene复合材料的断裂伸长率,但拉伸强度降低。最后,在PLA/MXene中加入含量为10wt%的增塑剂PEG,研究PEG与MXene对PLA性能的影响。结果表明,PEG的引入提升了PLA分子链整体的流动性,冷结晶温度降低,提升了PLA/MXene复合材料的结晶性能,缩短达到完全结晶所需时间,加速等温结晶过程。力学性能测试显示拉伸强度大幅降低,但同时PLA/PEG/MXene复合材料的断裂伸长率相比于PLA/MXene复合材料提高了23倍。耐热性方面,PEG使PLA/MXene复合材料的最终分解温度整体提升。
其他文献
随着人们对高分辨、低成本热成像技术的不断追求,硫系玻璃微透镜阵列成为迫切需要研究的一种新型光学元件,其应用可大力推动热成像技术的跨越式发展。As40Se60玻璃微透镜具有原材料价格低廉、抗腐蚀、低熔点、较高的折射率等优势,可应用于多种领域。随着红外技术应用范围不断扩大,硫系玻璃微透镜将被用于更多的领域,为现代社会的发展提供更多的可能性。目前生产硫系玻璃微透镜阵列存在效率低、成本高及技术难等问题。本
学位
铋层状压电陶瓷具有高居里温度以及良好的介电性能,在高温传感器领域具有很好的应用前景。然而,铋层状陶瓷的晶体结构是由绝缘铋氧层包夹着一定层数的氧八面体类钙钛矿层沿着c轴方向有序交替排列而成。由于该结构特性,使得铁电极化反转只能发生在二维的a-b平面内,其高的矫顽场强度使陶瓷难以充分极化,所以铋层状结构陶瓷的压电性能普遍较低(SBN陶瓷的d33=14 p C/N)。而掺杂改性是提高陶瓷电学性能的有效办
学位
钛基复合材料以高比强度、高弹性模量及高耐磨等特点,在航空航天和军事装备等领域得到广泛应用。原位自生法是制备钛基复合材料的常用方法之一,通过该方法制备增强相具有稳定性高、界面结合好、易均匀分布等特点。本文采用感应熔铸法结合原位自生技术,通过添加0.5wt%Si C(TMC1)、1wt%Si C(TMC2)、1.5wt%Si C(TMC3)、2wt%Si C(TMC4)、4wt%Si C(TMC5)、
学位
高功率密度柴油机活塞、高速列车受电弓滑板以及电磁炮导轨、电枢等部件常经受高温热源往复冲击,发生严重烧蚀时会影响工作稳定性、大幅缩短服役寿命。金属改性C/C复合材料具备比强度高、热膨胀系数低、导热导电性能优异以及自润滑等特性,是可应用于上述零部件的主要备选材料之一,然而该类材料的高频往复烧蚀行为与机理尚不明确,基体调控方法对其性能的影响鲜有报道。本文主要针对铝合金改性C/C复合材料用于上述零部件潜在
学位
表面增强拉曼散射(Surface-enhanced Raman scattering,SERS)被广泛用于食品安全和环境检测领域,用来快速、灵敏和无损地检测各类有害物质。铜基纳米结构由于具有较强的电磁特性、表面等离子体共振特性以及成本远远低于纯金或者纯银基底,成为近年来研究热点。但是,由于目前所制备的铜基底SERS性能无法满足实际应用的问题。因此,制备出高灵敏度、高均匀性和重复性好的基底是该领域重
学位
混杂增强铝基复合材料比单一颗粒增强材料具有更致密的组织和更为优良的综合性能,在工业应用中有更广阔的前景。通过传统铸造工艺制备的混杂增强复合材料容易产生颗粒团聚、材料结合性差等问题,而选区激光熔化(SLM)技术能够减少颗粒团聚、提高致密性同时实现材料的快速成形,适合制备较为复杂的零件。经过不同热处理工艺能够有效提高SLM成形试样的力学性能,但目前大多相关研究针对单一颗粒增强材料,因此有必要对混杂增强
学位
钛合金具有比强度高、耐蚀性优异等特点,在船舶及海洋装备中常被用来做螺栓与钢结构进行连接。但是,由于钛合金电极电位较高,其与钢连接时极易导致钢发生严重的电偶腐蚀而失效,造成危险事故发生及巨大的经济损失。本课题对TC4钛合金表面进行微弧氧化(MAO)与硅烷化(BTESPT)复合处理,研究其与AH36合金连接的电偶腐蚀行为,并利用COMSOL Multiphysics有限元软件建立仿真模型来预测长期电偶
学位
在各种能源中,氢能由于具有高能量密度和环境友好的特点,被认为是传统化石燃料优良的替代品。电解水不仅可以以环保的方式将电能转化为化学能,还易与其他间歇性能源(如太阳能)相结合,为高纯度制氢提供了一个很有前景的解决方案。然而,析氢反应需要较大的驱动过电位,导致消耗较高的能量,故合理选择高效的催化材料成为了研究重点。高熵合金因其组分易调控和催化活性高等特点被广泛关注。本文采用“自下而上”(Bottom-
学位
作为最重要的储能设备之一,超级电容器因其出色的功率密度和良好的循环稳定性而被广泛用于储能系统以及电动汽车等方面。其中,电极材料是超级电容器的核心,在超级电容器的商业化中起着关键作用。在众多电极材料中,二维材料凭借其独特的层状结构、丰富的理化性质而备受关注。基于此,本文选取结构匹配、性能互补的二维层状材料Ti3C2Tx MXene和NiCo-LDHs为研究对象,将这两种二维层状材料进行层间组装来构建
学位
压电材料作为一类能够直接实现机械能与电能有效转换的功能电子材料,广泛应用于机械制造、电子通讯、军事等领域,在力、热、光、电、磁等功能转换器件中具有广阔的应用前景。如汽车内燃机的电喷装置,要求压电材料在200℃甚至300℃以上的高温环境下稳定工作等,高温压电材料及其器件的高温应用研究受到了前所未有的关注。高居里温度、高退极化温度和高压电性能是作为高温压电能量收集材料的必备要素。而这些宏观特性反映在材
学位