PLA基复合材料高温拉伸诱导的宏微观变形

doi:10.19491/j.issn.1001-9278.2021.02.013

中国塑料 ›› 2021, Vol. 35 ›› Issue (2): 77-83.DOI: 10.19491/j.issn.1001-9278.2021.02.013

PLA基复合材料高温拉伸诱导的宏微观变形

罗飞¹^,², 郝凌奥¹, 王腾飞¹, 刘鸿鹏¹, 党旭丹¹, 王亚明², 刘春太², 宋彦¹

^1.河南工程学院机械工程学院，郑州 451191
^2.郑州大学橡塑模具国家工程研究中心，郑州 450002

收稿日期:2020-08-21 出版日期:2021-02-26 发布日期:2021-02-22
基金资助:
河南省高等学校重点科研项目(20B430002);河南工程学院博士培育基金(DKJ2019022)

High⁃temperature Stretching Induced Multi⁃structural Deformation of PLA⁃based Composites

LUO Fei¹^,², HAO Lingao¹, WANG Tengfei¹, LIU Hongpeng¹, DANG Xudan¹, WANG Yaming², LIU Chuntai², SONG Yan¹

^1.College of Mechanical Engineering，Henan Institute of Engineering，Zhengzhou 451191，China
^2.National Engineering Research Center for Advanced Polymer Processing Technology，Zhengzhou University，Zhengzhou 450002，China

Received:2020-08-21 Online:2021-02-26 Published:2021-02-22

摘要/Abstract

摘要：

采用聚乳酸（PLA）和螺旋碳纳米管（HCNT）与不同质量分数的聚己二酸/对苯二甲酸丁二酯（PBAT）熔融机械共混造粒，并利用真空热压机在不同压力和保压时间下制备矩形样条。利用差示扫描量热仪（DSC）、林肯拉伸热台和广角X射线衍射仪对复合材料的玻璃化转变温度以及恒定拉伸速率下的宏微观变形进行了研究。结果表明，样品中分子取向会随着宏观变形的增加而增大，且取向演化速度逐渐增加。其中在PBAT含量最多和最少的2组样品中，分子取向演化速度随着PBAT含量的增加、保压时间的延长和热压压力的升高而加快。但在其余对照实验组中取向演化速率与压力和保压时间的依赖关系并不明显，显示了分散相PBAT、自由体积和HCNT对分子取向的协同影响。使用一种三元件黏弹模型拟合实验结果，分析发现低含量PBAT样品对保压时间更敏感，高含量PBAT样品对压力更敏感。

关键词: 聚乳酸, 螺旋碳纳米管, 分子取向, 黏弹模型, 宏微观变形

Abstract:

The PLA/coiled carbon nanotube （HCNT） composites were prepared through melt blending with different mass fractions of PBAT. A series of rectangular samples based on these composites were prepared through hot pressing under different pressures and packing time by using an automatic vacuum hot?pressing machine. Their glass transition temperature and multi?structural deformation at a constant stretching rate were investigated by DSC， Linkam stage and wide?angle X?ray diffraction measurement. The results indicated that the molecular orientation and the rate of orientation evolution increased with an increase in macro?deformation. For two samples with lower and higher contents of PBAT， the rate of orientation evolution increased with the increase of packing time and pressure. However， in the cases of other samples， the dependence of the rate of orientation evolution on pressure and time was not evident. This phenomenon implied there was a synergetic effect on the molecular orientation from the dispersed PBAT， free volume and HCNT. A three?element viscoelastic model was used to analyze the experimental data. The fitting results indicated that the sample with a lower content of PBAT was more sensitive to packing time， but the sample with a higher content of PBAT was more sensitive to pressure.

Key words: poly（lactic acid）, helical carbon nanotube, molecular orientation, viscoelastic model, multi?structural deformation

中图分类号:

TQ321

罗飞, 郝凌奥, 王腾飞, 刘鸿鹏, 党旭丹, 王亚明, 刘春太, 宋彦. PLA基复合材料高温拉伸诱导的宏微观变形[J]. 中国塑料, 2021, 35(2): 77-83.

LUO Fei, HAO Lingao, WANG Tengfei, LIU Hongpeng, DANG Xudan, WANG Yaming, LIU Chuntai, SONG Yan. High⁃temperature Stretching Induced Multi⁃structural Deformation of PLA⁃based Composites[J]. China Plastics, 2021, 35(2): 77-83.

图/表 10

样品编号	PBAT含量/%	保压压力/MPa	保压时间/min
1^#	10	1.11	3
2^#	10	1.11	5
3^#	10	1.11	7
10^#	10	1.66	7
11^#	10	2.22	7
4^#	20	1.11	3
5^#	20	1.11	5
6^#	20	1.11	7
12^#	20	1.66	7
13^#	20	2.22	7
7^#	30	1.11	3
8^#	30	1.11	5
9^#	30	1.11	7
14^#	30	1.66	7
15^#	30	2.22	7

表1 样品配比及热压条件

Tab.1 The formula and hot press conditions of the samples

图1 自由体积临界结构与分子取向假设

Fig.1 Assumption about the threshold structure of free volume and molecular orientation

图2 材料的DSC曲线

Fig.2 DSC curves of the materials

图3 15#试样在10 μm/s匀速单轴拉伸过程中的二维WAXD图形（拉伸方向沿竖直方向）

Fig.3 The 2D?WAXD patterns of sample 15 during uni?axial drawing at a constant rate of 10 μm/s（the drawing direction is vertical）

图4 试样15#在10 μm/s恒速单轴拉伸过程中的强度?方位角曲线

Fig.4 The intensity?azimuthal angle curves of sample 15 during uni?axial drawing at a constant rate of 10 μm/s

图5 复合材料试样分子取向随时间的演化

Fig.5 The evolution of molecular orientation of different composite samples with time

图6 1#样品复合材料的宏微观拉伸变形

Fig.6 The typical macro and micro deformation of 1# composites during stretch

图7 描述复合材料拉伸行为的黏弹模型

Fig.7 Viscoelastic model for the tensile behavior

图8 1#样品黏弹模型拟合结果

Fig.8 Fitting of the time dependent orientation of sample 1 using the tensile model

图9 复合材料滑移黏度与保压时间和压力的关系

Fig.9 The slip viscosity of the composite samples with packing time and pressures

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High⁃temperature Stretching Induced Multi⁃structural Deformation of PLA⁃based Composites

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