基于原位成纤与立构复合的PBAT复合材料增强与耐热性能研究

doi:10.19491/j.issn.1001-9278.2024.12.006

中国塑料 ›› 2024, Vol. 38 ›› Issue (12): 37-42.DOI: 10.19491/j.issn.1001-9278.2024.12.006

基于原位成纤与立构复合的PBAT复合材料增强与耐热性能研究

李杨阳¹, 张涛¹, 乔珉², 蒋晶²(), 王小峰¹, 李倩¹

^1.郑州大学力学与安全工程学院，郑州 450001
^2.郑州大学机械与动力工程学院，郑州 450001

收稿日期:2024-05-06 出版日期:2024-12-26 发布日期:2024-12-25
通讯作者: 蒋晶（1983-），男，副教授，从事聚合物材料高性能和功能化研究，jiangjing@zzu.edu.cn
E-mail:jiangjing@zzu.edu.cn
基金资助:
河南省重点研发专项(221111520200)

Study on strengthening and heat resistance of PBAT composites based on in⁃situ fiber formation and stereo⁃composite

LI Yangyang¹, ZHANG Tao¹, QIAO Min², JIANG Jing²(), WANG Xiaofeng¹, LI Qian¹

^1.School of Mechanics and Safety Engineering，Zhengzhou University，National Center for International Research of Micro?Nano Molding Technology，Zhengzhou 450001，China
^2.School of Mechanical & Power Engineering，Zhengzhou University，Zhengzhou 450001，China

Received:2024-05-06 Online:2024-12-26 Published:2024-12-25
Contact: JIANG Jing E-mail:jiangjing@zzu.edu.cn

摘要/Abstract

摘要：

基于自行搭建的“熔融共混⁃高速热拉伸”加工设备，将原位成纤与立构复合技术相结合，研究了聚乳酸（PLA）分散相含量对微纤形貌、聚己二酸/对苯二甲酸丁二醇酯（PBAT）基体黏弹性和结晶行为、PLA立构复合晶体（sc⁃PLA）以及PBAT/sc⁃PLA复合材料力学和耐热性能的影响。结果表明，连续制备出纤维直径最小210 nm的PBAT/sc⁃PLA微纤复合材料，PLA微纤在PBAT基体中相互缠结形成网络结构且分散均匀；sc⁃PLA微纤网络结构的存在使复合材料出现显著“类液”向“类固”的黏弹行为转变；纤维诱导作用下，sc⁃PLA相对结晶度和晶体含量得到显著提升，添加30 %（质量分数，下同）PLA后，PBAT/sc⁃PLA复合材料中sc⁃PLA相对结晶度达46.4 %，屈服强度和弹性模量相比纯PBAT分别提升175.3 %和404 %，维卡软化温度（VST）达到近90 ℃。

关键词: 原位成纤, 聚己二酸/对苯二甲酸丁二醇酯, 立构复合晶体, 耐热性, 力学性能

Abstract:

Based on the self⁃built processing equipment for melt blending ⁃ high speed hot drawing， the effects of dispersed phase content of polylactic acid （PLA） on the microfiber morphology， the viscoelasticity， and crystallization behavior of poly（adipate⁃butylene terephthalate）（PBAT） matrix， PLA stereo⁃composite crystal （sc⁃PLA）， and the mechanical and thermal properties of PBAT/sc⁃PLA composites were investigated through a combination of in⁃situ fiber formation and stereo⁃composite technologies. The results indicated that the PBAT/sc⁃PLA microfiber composites with a minimum fiber diameter of 210 nm could be continuously prepared， and the PLA microfibers were intertangled in the PBAT matrix to form a network structure and also obtained a uniform dispersion. The presence of the sc⁃PLA microfiber network makes the viscoelastic behavior of the composites change from the “liquid⁃like” to “solid⁃like” state. Under the fiber induction， the relative crystallinity and crystal content of sc⁃PLA in the PBAT/sc⁃PLA composites were significantly increased. After adding 30 wt% PLA， the relative crystallinity of sc⁃PLA in the PBAT/ SC⁃PLA composite reached 46.4 %， and its yield strength and elastic modulus were higher than that of pure PBAT by 175.3 % and 404 %， respectively. Their Vica softening temperatures reached nearly 90 ℃. These research results provide a technical means for the large⁃scale preparation of reinforced and heat⁃resistant PBAT composites.

Key words: in situ fiber formation, polyadipate/butylene terephthalate, stereo?composite crystal, heat resistance, mechanical property

中图分类号:

TQ325.5

李杨阳, 张涛, 乔珉, 蒋晶, 王小峰, 李倩. 基于原位成纤与立构复合的PBAT复合材料增强与耐热性能研究[J]. 中国塑料, 2024, 38(12): 37-42.

LI Yangyang, ZHANG Tao, QIAO Min, JIANG Jing, WANG Xiaofeng, LI Qian. Study on strengthening and heat resistance of PBAT composites based on in⁃situ fiber formation and stereo⁃composite[J]. China Plastics, 2024, 38(12): 37-42.

图/表 9

样品名称	PBAT/%	PLLA/%	PDLA/%
PBAT	100	0	0
10DP（S）	90	5	5
20DP（S）	80	10	10
30DP（S）	70	15	15
10DP（F）	90	5	5
20DP（F）	80	10	10
30DP（F）	70	15	15

表1 各组分材料配比

Tab.1 Material ratio of each component

图1 原位成纤工艺示意图

Fig.1 Schematic diagram of in⁃situ fiber forming process

图2 原位成纤前（a1）~（c1）后［（a2）~（c2），刻蚀掉PBAT基体］PBAT/sc⁃PLA复合材料的SEM照片

Fig.2 SEM of PBAT/sc⁃PLA composites before（a1）~（c1） and after ［（a2）~（c2）， with etched PBAT matrix］ in situ fibril formation

图3 PBAT/sc⁃PLA原位成纤前后复合材料中PLA尺寸统计

Fig.3 PLA size statistics of PBAT/sc⁃PLA composites before and after in⁃situ fiber formation

图4 PBAT/sc⁃PLA成纤前后复合材料的黏弹性

Fig.4 Viscoelasticity of PBAT/sc⁃PLA composite before and after fiber formation

图5 PBAT/sc⁃PLA共混和微纤复合的材料的DSC曲线

Fig.5 DSC curves of PBAT/sc⁃PLA blends and microfibril complexes

样品	ΔH_m⁃sc/J·g^-1	ΔH_m⁃hc/J·g^-1	X_c/%	X_c⁃sc/%
10DP（F）	1.5	2.3	34.3	13.5
20DP（F）	7.7	1.9	36.3	29.1
30DP（F）	14.2	4.0	46.4	36.2
10DP（S）	1.7	1.6	27.9	14.2
20DP（S）	6.6	2.5	35.6	25.8
30DP（S）	10.9	4.3	39.8	28.5

表2 PBAT/sc⁃PLA在拉伸前后的焓和结晶度

Tab.2 Enthalpy and crystallinity of PBAT/sc⁃PLA before and after stretching

图6 PBAT/sc⁃PLA复合物力学性能

Fig.6 Mechanical properties of PBAT/sc⁃PLA complex

图7 纯PBAT和PBAT/sc⁃PLA复合材料耐热性

Fig.7 Heat resistance of pure PBAT and PBAT/sc⁃PLA composites

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基于原位成纤与立构复合的PBAT复合材料增强与耐热性能研究

Study on strengthening and heat resistance of PBAT composites based on in⁃situ fiber formation and stereo⁃composite

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