聚乳酸(PLA)是一种新型的生物可降解材料,是经由农作物(如玉米、甘蔗或甜菜等)索取的淀粉制成,最终生成二氧化碳和水,是公认的环境友好型材料。聚乳酸热稳定性好,可采用多种方式进行加工,比如挤压、纺丝、注射、吹塑。由于在高温高剪切力的情况下,聚乳酸容易降解,这就导致分子量降低,高分子链断裂,性能降低。等比例的PLLA/PDLA共混产物有立构型聚乳酸复合物和均聚物共存,但是前者的熔点比后者约超出50℃。因此,为了能够得到较多立构型聚乳酸复合物晶体,本文通过添加无机纳米填料来提高它的含量,以提高性能从而拓宽其应用领域。主要从以下三个方面进行研究:(1)本论文在240℃时,采用密炼机等比例的PLLA/PDLA熔融共混,添加有机改性后的海泡石(SEP-KH550)来提高sc-PLA晶体的含量,从而提高复合材料的耐热性。研究结果表明,随着改性海泡石的加入,PLLA/PDLA/SEP-KH550纳米复合材料的热稳定性得到提高。同时,也能够促进立构型聚乳酸sc-PLA晶体的生成,使得立构型聚乳酸的结晶度Xsc提高。当改性海泡石的含量在1.0%时,拉伸强度由53.94MPa增加到60.26MPa;并且在改性海泡石含量为3.0%时,杨氏模量达到最大值,较纯PLLA/PDLA提高了23.1%。(2)由于石墨烯独特的性能,将石墨烯纳米片层添加到PLLA/PDLA基质中,采用熔融共混的方法以期提高sc-PLA晶体的含量,从而提高复合材料的耐热性和机械性能。首先采用Hummers法制备氧化石墨烯及石墨烯,通过AFM测试结果分析,得到片层厚度为1.0nm氧化石墨烯,进一步通过FTIR和XRD分析结果也充分的证明得到了石墨烯,并且通过TEM的测试结果石墨烯呈现褶皱状结构。从得到的TGA数据结果显示,初始分解温度和最终分解温度分别升高约15℃,10℃。因此,复合材料的热性能得到了极大地改善。通过DSC数据分析,石墨烯能够均匀的分散在基质中,使得填料与基质之间拥有较强的相互作用,进而能够限制聚乳酸分子链的流动性,使得PLLA/PDLA/石墨烯纳米复合材料的Tg提高。当石墨烯的含量在0.1%时,XSC增加至37.55%,相比纯的20.40%提高了84.07%,使得立构型聚乳酸的结晶度Xsc大幅度的提高。结晶度和熔融参数的提高,表明二维结构的石墨烯填料在PLA基质中起到异相成核剂的作用。机械性能测试结果显示,当二维填料石墨烯的含量从0到0.1wt%,拉伸强度呈现出线性增加的趋势,拉伸强度值达到最大值76.32MPa(PLLA/PDLA/石墨烯(0.1wt%))相比53.94MPa(PLLA/PDLA)增加了41.49%;最佳的添加量是在PLLA/PDLA/石墨烯(0.2wt%),杨氏模量也增加了11%。(3)选取添加石墨烯的复合材料研究其流变性为。通过流变曲线测试分析:聚乳酸共混熔体是属于典型的剪切力变稀非牛顿流体,表观黏度ηa随着温度的升高而逐渐下降。非牛顿指数n随着温度的升高而增加,即复合材料熔体的假塑性变小,体系逐渐地向牛顿型流体转变。在添加了石墨烯后,复合材料的非牛顿指数都有所降低,并且随着添加量的增加,非牛顿指数n大致呈现出先增大后减小的趋势。当石墨烯含量为0.1%时,非牛顿指数n为0.7437达到最大值,熔融纺丝变得更加容易。随着剪切速率变大的过程中,复合材料的表观黏流活化能ΔEη逐渐降低。在同一温度时,随着石墨烯用量的增加,PLLA/PDLA/Grapheme复合材料的ΔEη表现出先减小后增大的趋势。对比其他高聚物的表观黏流活化能,聚乳酸共混熔体的ΔEη较大,所以共混熔体的ηa对温度的敏感性比较高。因此,在后期纺丝过程中,要严格控制好温度,避免黏度的变化对产品质量造成不好的影响。在一定温度和剪切速率的范围内,随着温度的升高,复合材料的结构黏度指数Δη值依次减小,这说明聚乳酸共混体系的可纺性和稳定性越来越好。添加了石墨烯的复合材料的Δη都变大,这表明石墨烯的加入使得聚乳酸共混熔体纺丝过程中结构化程度变大,可纺性与稳定性就有所降低。当石墨烯含量为0.1%时,Δη为最小为4.28,表明此时的共混熔体的结构化程度最小。因此,可纺性与稳定性相对比较好。