利用木质纤维材料增强可降解聚合物制备的可降解复合材料,不仅充分利用了木质纤维资源,而且还可以替代石油基复合材料实现材料的可持续发展。然而木质纤维材料的加入,一定程度上降低了可降解聚合物的强度和增加了材料的脆性,进而限制了材料的使用范围。为提高可降解复合材料的强度和韧性以及其在3D打印领域的应用性,本文采用杨木粉改性处理、聚合物接枝改性以及添加增韧剂等方法,分别来增强和增韧可降解复合材料,系统研究了杨木粉/聚乳酸可降解复合材料的制备、增强和增韧机理,提出制备可以用于3D打印的木质纤维/聚乳酸可降解复合材料的新方法,为可降解复合材料在3D打印领域的拓展应用提供理论依据。本文研究内容与主要结果如下:(1)采用制浆法改性杨木粉(简称:BECMP纤维)来增强聚乳酸制备可降解复合材料,主要研究不同BECMP纤维添加量对复合材料力学、热学以及流变性能的影响。同时对比研究改性前后杨木粉对复合材料性能的增强情况,并通过扫描电镜分析改性前后杨木粉的形貌尺寸差异及其在聚乳酸基体中的分布和界面结合。相对PLA,杨木粉可以提高复合材料的拉伸模量和弯曲模量,但由于BECMP纤维具有较高的刚性和长径比,所以BECMP纤维的增强效率要高于未改性杨木粉。BECMP纤维的加入使复合材料相比于未改性杨木粉获得较高的复合粘度、储存模量和损耗模量,这主要归因于高长径比的BECMP纤维在复合材料中的不均匀分布和取向。(2)采用不同含量的硅烷偶联剂(KH550)和马来酸酐(MA)分别改性杨木粉,然后制备改性杨木粉/聚乳酸复合材料,重点研究不同改性剂含量对复合材料性能的影响,同时对比研究了不同改性剂之间增强效率以及不同改性剂对复合材料的增强差异性。结果发现:KH550和MA能够有效改善并提高杨木粉和PLA基体之间的界面结合,从而提高复合材料的力学性能。采用KH550改性能够提高复合材料的冲击强度和断裂伸长率,但MA改性只有在低浓度(0.5%)时能提高复合材料的冲击强度和断裂伸长率,当采用高浓度(2-4%)时复合材料的冲击强度和断裂伸长率出现不同程度的下降。经过KH550改性复合材料的热稳定性较未改性复合材料有小幅提高,但MA改性则对复合材料热稳定性影响不大。KH550改性使复合材料的表面接触角出现小幅上升,而MA改性则提高了复合材料的表面润湿性。(3)在引发剂的作用下,利用马来酸酐改性聚乳酸制备接枝聚乳酸(MA-g-PLA),并以此为基体与杨木粉混合制备复合材料。结果显示:马来酸酐的添加对复合材料的界面能够起到增强作用,从而提高复合材料的力学性能,但复合材料由于接枝过程中聚乳酸发生降解使其热稳定性下降。当马来酸酐含量为0.5%时,复合材料的冲击强度为9.36 kJ/m2,拉伸强度44.76 MPa,弯曲强度为76.42 MPa,随着马来酸酐含量的增加,复合材料的界面结合强度下降,导致复合材料的性能降低。当马来酸酐添加量为0.5%时,复合材料力学性能最好。(4)主要研究不同含量添加剂聚乙二醇(PEG)和柠檬酸三丁酯(TBC)对杨木粉/PLA复合材料物理力学、热学及流变性能的影响。结果显示:添加5%TBC时复合材料获得较好的韧性和强度,其拉伸强度、弯曲强度以及冲击强度分别提高15%、14%和10%,而PEG改性的复合材料则没有显著提高。同时,TBC改性复合材料的热稳定性也得到提高,其中峰值降解温度相对对照组增加15°;但TBC改性复合材料的玻璃化转变温度、熔融温度及结晶度都要低于PEG改性复合材料,这说明TBC的加入能够促进复合材料在熔融挤出和热压成型过程中的加工性能,提高材料的加工效率。另外,添加少量TBC(5-10%)时,复合材料的储存模量和损耗模量以及表面润湿性都得到不同程度的提高和保持。(5)将改性杨木粉/PLA复合材料应用于3D打印,制备3D打印可降解复合材料。发现打印复合材料在5%杨木粉时性能最佳,同时热稳定性也得到一定程度提高。在最佳打印木粉含量的基础上进一步探讨不同打印参数对打印可降解复合材料性能的影响。当打印温度、速度和层厚分别为220 ℃、20 mm/s及0.1mm时打印可降解复合材料获得最佳力学性能。将制备的可降解复合材料应用于打印不同功能和用途的材料如工艺品、手机壳、家具、建筑等,发现这种可降解复合材料具有很高的潜力,为3D打印可降解、环保的产品带来很大希望。