苎麻纤维表面改性对聚乳酸结晶及拉伸性能的影响

doi:10.19491/j.issn.1001-9278.2022.11.008

中国塑料 ›› 2022, Vol. 36 ›› Issue (11): 51-58.DOI: 10.19491/j.issn.1001-9278.2022.11.008

苎麻纤维表面改性对聚乳酸结晶及拉伸性能的影响

李桂丽¹^,²(), 余秋然¹, 郝明亮², 李海梅²

^1.河南城建学院材料与化工学院，河南平顶山 467036
^2.郑州大学材料科学与工程学院，郑州 450001

收稿日期:2022-08-08 出版日期:2022-11-26 发布日期:2022-11-25
作者简介:李桂丽（1990—），女，讲师，从事聚合物结晶及改性研究，guilili@hncj.edu.cn

Effect of surface treatment of ramie fiber on crystallization behavior and tensile properties of poly（lactic acid）

LI Guili¹^,²(), YU Qiuran¹, HAO Mingliang², LI Haimei²

^1.School of Materials and Chemical Engineering，Henan University of Urban Construction，Pingdingshan 467036，China
^2.School of Materials Science and Engineering，Zhengzhou University，Zhengzhou 450001，China

Received:2022-08-08 Online:2022-11-26 Published:2022-11-25

摘要/Abstract

摘要：

采用偏光显微镜（PLM）、差示扫描量热仪（DSC）、扫描电子显微镜（SEM）等探究了苎麻纤维（RF）表面处理参数对模压聚乳酸（PLA）/RF复合材料结晶行为和拉伸性能的影响。结果表明，碱处理参数影响RF诱导PLA的结晶行为，碱处理时间为3 h时RF促进PLA结晶，降低冷结晶温度（T_c），提高相对结晶度，增加横晶致密程度；碱处理时间为6 h时，RF对PLA结晶有阻碍作用。Mo方法量化分析PLA非等温结晶动力学研究结果表明，植物纤维表面形貌的变化不改变PLA的结晶机制。拉伸性能测试结果表明，碱处理时间为6 h时增强和增韧效果最佳，PLA/RF复合材料的拉伸强度和断裂伸长率分别提高了19.6 %和23.9 %。

关键词: 聚乳酸, 苎麻纤维, 碱处理, 结晶行为, 拉伸性能

Abstract:

The effect of surface treatment parameters of ramie fibers （RF） on the crystallization behavior and tensile proper⁃ties of molded polylactic acid （PLA）/RF composites were investigated using polarized light microscopy， differential scanning calorimetry， and scanning electron microscopy. The results indicated that the crystallization behavior of PLA was greatly affected by the alkaline treatment time of RF surface. After the RF surface was treated for 3 h， PLA presented an increase in transcrystalline density. Its cold⁃crystallization temperature was reduced， but its relative degree of crystallinity was improved. When the treatment time was increased to 6 h， the crystallization of PLA was hindered by RF. The Mo’s method was adopted to study the non⁃isothermal crystallization kinetics of PLA quantitatively. The results indicated that the change of the fiber morphology did not cause a change in the crystallization mechanism of PLA. The tensile test results showed that the optimal strengthening and toughening effects were achieved for the PLA/RF composites at an alkaline treatment time of 6 h. In this case， the composites exhibited an increase in tensile strength and elongation by 19.6 % and 23.9 %， respectively.

Key words: poly（lactic acid）, ramie fiber, alkaline treatment, crystallization behavior, tensile property

中图分类号:

TQ321

李桂丽, 余秋然, 郝明亮, 李海梅. 苎麻纤维表面改性对聚乳酸结晶及拉伸性能的影响[J]. 中国塑料, 2022, 36(11): 51-58.

LI Guili, YU Qiuran, HAO Mingliang, LI Haimei. Effect of surface treatment of ramie fiber on crystallization behavior and tensile properties of poly（lactic acid）[J]. China Plastics, 2022, 36(11): 51-58.

图/表 12

图1 碱处理前后RF表面化学结构变化示意图

Fig.1 Schematic diagram of chemical structure change of RF surface before and after alkali treatment

图2 碱处理不同时间后RF的表面形貌

Fig.2 Morphology of RF after different alkali treatment time

图3 PLA/RF复合材料的DSC升温曲线

Fig.3 DSC heating curves of PLA/RF composites

样品	T_g/℃	T_c1/℃	T_c2/℃	T_m/℃	ΔH_c/J·g^-1	ΔH_m/J·g^-1	X_c/%
PLA/RF⁃0	59.8	101.0	153.7	167.0	17.5	30.9	16.8
PLA/RF⁃3	60.1	100.3	154.0	167.2	26.6	34.5	9.9
PLA/RF⁃6	60.4	105.2	153.3	166.9	24.5	60.3	7.7
PLA/RF⁃9	60.0	101.2	154.7	166.6	30.8	34.5	4.6
PLA/RF⁃0^#	60.4	101.8	153.9	166.8	11.4	31.1	24.7
PLA/RF⁃3^#	60.3	100.3	153.4	166.6	9.2	34.3	31.5
PLA/RF⁃6^#	60.5	106.1	153.6	166.8	13.7	30.3	20.8
PLA/RF⁃9^#	58.7	102.9	154.2	166.2	13.3	35.2	27.6

表1 PLA/RF复合材料的热性能

Tab.1 Thermal properties of PLA/RF composites

图4 PLA在RF表面上的晶体形貌

Fig.4 Crystal morphology of PLA on the surface of RF

图5 样品在不同Φ下的DSC降温曲线

Fig.5 DSC cooling curves of the samples at different Φ

样品	Φ/℃·min^-1	T_p/℃	∆ω/℃	t_1/2/min
PLA/RF⁃0	10.0	97.3	54.7	3.1
	5.0	112.0	51.8	4.6
	2.5	121.5	29.9	6.6
	1.0	130.8	15.6	9.5
PLA/RF⁃3	10.0	100.1	52.7	2.9
	5.0	113.2	51.5	4.3
	2.5	122.2	27.8	6.4
	1.0	131.4	14.8	9.0
PLA/RF⁃6	10.0	96.7	55.4	3.3
	5.0	109.1	54.8	4.9
	2.5	120.2	31.0	7.2
	1.0	128.6	16.8	11.0

表2 样品在不同Φ下的结晶性能

Tab.2 Crystallization properties of the samples at different Φ

图6 样品Xc（t）随t的变化

Fig.6 Changes of Xc（t） of the samples with t

图7 PLA/RF复合材料lnϕ⁃lnt曲线

Fig.7 lnϕ⁃lnt curves of PLA/RF composites

样品	X_c （t）/%	F（T）/K∙min ^a^-1	a
PLA/RF⁃0	20	43.55	1.85
	40	80.64	1.96
	60	134.29	2.05
	80	214.22	2.11
PLA/RF⁃3	20	41.35	1.92
	40	73.26	2.01
	60	115.35	2.05
	80	185.86	2.07
PLA/RF⁃6	20	44.79	1.77
	40	83.60	1.88
	60	140.19	1.99
	80	222.30	2.08

表3 采用Mo方法得到的PLA/RF复合材料非等温结晶动力学参数

Tab.3 Non⁃isothermal crystallization kinetics parameters of PLA/RF composites obtained through Mo method

图8 PLA/RF复合材料的拉伸性能

Fig.8 Tensile properties of PLA/RF composites

图9 PLA/RF复合材料拉伸断面的SEM照片

Fig.9 SEM images of tensile fracture surface of PLA/RF composites

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苎麻纤维表面改性对聚乳酸结晶及拉伸性能的影响

Effect of surface treatment of ramie fiber on crystallization behavior and tensile properties of poly（lactic acid）

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