MWCNTs/PLA导电复合材料的制备及性能研究

来源 :陕西理工大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:ansonliu
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作为新兴的生物可降解材料聚乳酸(PLA),其力学性能与聚苯乙烯(PS)相当,且生产加工性能优异,但PLA本身存在一些不足,如结晶度低,耐热性差等,对PLA制品的发展与应用有着极大的限制。而制备功能化聚乳酸基复合材料可以有效缓解这些不足,这样既能保留PLA本身的优异性能,又能赋予PLA新的性能,而加入导电填料多壁碳纳米管(MWCNTs)与PLA共混制备聚乳酸/导电粒子复合材料,成为近年来人们研究的热点。本文从制品后处理、晶体排斥、双逾渗结构三个方面出发,对聚乳酸基复合材料的结晶、力学及导电性能进行研究,以期对PLA制品的生产加工起到指导性作用。具体研究内容有:(1)将制备的PLA标准样条进行不同温度和时间的退火处理,分析PLA在不同退火时间和温度下的结晶行为演变规律;以及将PLA标准样条进行不同时间的紫外处理,以此研究退火处理与紫外处理对PLA结晶及力学性能的影响。(2)以PLA为基体,MWCNTs为导电填料,制备了一系列MWCNTs/PLA导电复合材料,以此研究MWCNTs含量对PLA结晶及导电性能的影响,同时对复合材料进行退火处理,进一步探究结晶与导电网络结构之间的内在联系。(3)引入聚氨酯(TPU)为第二相,制备一系列MWCNTs/TPU/PLA导电复合材料。利用MWCNTs的选择性分布和相态演变来实现复合材料的双逾渗结构,以此研究加料顺序及相态演变对复合材料结晶性能、力学性能及导电性能的影响。结果表明:退火处理和紫外处理能够促进PLA结晶,且退火处理对PLA的结晶促进效果更加显著。相比未退火处理的PLA,退火处理60 min的PLA拉伸强度为68.7MPa,提高了8.46%,断裂伸长率为4.9%,降低了2.07%,冲击强度为36.4 KJ·m-2,提高了39.46%,弹性模量增至823 MPa,提高了29.15%;相比于未紫外处理的PLA样品,紫外处理72h的PLA拉伸强度为70.62 MPa,提高了11.49%,弹性模量为912.5MPa,提高了43.2%,冲击强度为36.225 KJ·m-2,提高了38.38%,断裂伸长率为6.1%,降低了0.87%。MWCNTs/PLA复合材料的逾渗阈值Pc为0.69 wt%,退火处理后的MWCNTs/PLA复合材料的逾渗阈值Pc为0.53 wt%,相比于未退火MWCNTs/PLA复合材料降低了23%,且由结晶造成的晶体排斥效应对电导率的影响并不是全面的,仅限于0.3-1.0 wt%的范围。MWCNTs含量为0.7 wt%时,相比于纯PLA,Xc为25.67%,提高了24.37%,拉伸强度为76.3 MPa,提高了20.46%,断裂伸长率为7.3%,提高了0.33%,冲击强度为36.2KJ·m-2,提高了38.69%,弹性模量为867MPa,提高了36.06%;退火处理后,PLA的Xc增大至39.22%,比未退火前提高了37.92%,且拉伸强度、冲击强度和弹性模量有所提高,断裂伸长率有所下降。复合材料的导电性能随着PLA、TPU和MWCNTs三者加料顺序的改变而变化,其中将TPU与MWCNTs共混制备MWCNTs/TPU母粒,再与PLA进行共混的加料方式制备的复合材料导电性能最好。当TPU质量分数为35 wt%时,MWCNTs/TPU35/PLA复合材料体系的逾渗阈值Pc为0.32 wt%,相比于未添加TPU的MWCNTs/PLA复合材料体系(Pc=0.69 wt%)降低了53.6%。当MWCNTs质量分数为0.5 wt%,TPU质量分数为35%时,相比于MWCNTs0.5/PLA的复合材料,MWCNTs0.5/TPU35/PLA复合材料拉伸强度为55.2 MPa,降低了21.36%,断裂伸长率为128.5%,提高了121.53%,冲击强度为44.3 KJ·m-2,提高了29.15%,弹性模量为561 MPa,降低了26.28%。
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