1。介绍gydF4y2Ba
游艇行业产生大量废物由于广泛使用的玻璃纤维增强聚酯复合材料。这些材料构成临终治疗困难,像玻璃纤维很难分解。他们也从不可再生资源。的发展biocomposites(将天然纤维和生物聚合物)是一个选择。例如,亚麻/丙交脂biocomposites显示类似的机械性能(gydF4y2Ba
1gydF4y2Ba ,gydF4y2Ba
2gydF4y2Ba ),加上低环境影响相比,玻璃/聚酯复合材料由于使用亚麻纤维(gydF4y2Ba
3gydF4y2Ba ,gydF4y2Ba
4gydF4y2Ba ]。他们也在使用后可回收,是基于一个热塑性矩阵(gydF4y2Ba
5gydF4y2Ba ],可以堆肥结束时,他们的使用寿命gydF4y2Ba
6gydF4y2Ba ]。gydF4y2Ba
然而,也有一些消极的方面。天然纤维作为增援部队对高温敏感(gydF4y2Ba
7gydF4y2Ba 和水gydF4y2Ba
8gydF4y2Ba ,gydF4y2Ba
9gydF4y2Ba ]。它们的属性也相当变量(根据生长条件和品种)gydF4y2Ba
10gydF4y2Ba ,gydF4y2Ba
11gydF4y2Ba ]。当他们暴露于严重的环境条件(浸在海水中,例如),几项研究[gydF4y2Ba
12gydF4y2Ba - - - - - -gydF4y2Ba
14gydF4y2Ba ]表明biocomposites进行退化与高水吸收,包括水解、肿胀、基体开裂、纤维/矩阵剥离。gydF4y2Ba
biocomposite属性的保护在这样的环境中是一个主要问题,如果他们是用于外部应用程序。不同的策略,以减少水吸收这些材料。例如,化学治疗(gydF4y2Ba
15gydF4y2Ba - - - - - -gydF4y2Ba
17gydF4y2Ba )或物理治疗(gydF4y2Ba
16gydF4y2Ba 的纤维是有可能的。gydF4y2Ba
另一种方法,被胡锦涛et al。gydF4y2Ba
13gydF4y2Ba ]保护黄麻/聚(L-Lactic)酸,是应用外部电影,100年gydF4y2Ba
μgydF4y2Ba 米的聚丙烯。测试是在70°C在100%湿度和电影导致低体重增加(11.5%相比15.7%没有这部电影)而保护较高的机械性能。gydF4y2Ba
这是一个类似的方法对传统复合材料使用外部胶衣。然而,如果我们要使用这种涂料biocomposites他们还必须尊重环境。凝胶层通常填充,颜色间苯二聚酯和乙烯基酯树脂;这种材料与biosource组件不兼容的biocomposites来自不可再生资源和使临终回收或堆肥管理困难。在一项研究gydF4y2Ba
12gydF4y2Ba ),结果表明:丙交脂期间吸收少量的水浸在海水中3个月后(约1%按重量40°C)。如图所示,由教授和Suzuyoshi [gydF4y2Ba
18gydF4y2Ba ),浸泡后其力学性能变化小。gydF4y2Ba
为了从这些结果中获益,一个方法将丙交脂膜的外表面上的过度层亚麻/丙交脂复合材料提供了一个保护层类似于凝胶涂层。biocomposite的造型和涂层进行操作。使用后,组件仍可回收和堆肥。本研究的目的是评估这种涂层可以有效地保护biocomposites是否通过不同涂层厚度和分析后,对机械和热性能的影响在海水老化。gydF4y2Ba
3所示。结果和解释gydF4y2Ba
3.1。丙交脂保护层厚度的测量gydF4y2Ba
使用真空袋成型,相比电影叠加与加热板(gydF4y2Ba
12gydF4y2Ba ),需要一个丙交脂层外表面,以避免孔隙度。这可能是低施加压力的结果,因为这种类型的钢筋需要更高的压力(gydF4y2Ba
21gydF4y2Ba ]。基线参考材料(图gydF4y2Ba
1(一)gydF4y2Ba 了之后一系列的试验以优化减少孔隙度,提高力学性能。因此,它已经有一个薄丙交脂表层,192±26gydF4y2Ba
μgydF4y2Ba 米厚(图gydF4y2Ba
1(一)gydF4y2Ba )。这个厚度的变化是由亚麻纤维的异构性质引起的强化,25来确定这个值进行了测量。粗丙交脂涂料是通过添加额外的层,和两个膜厚度增加,120年和240年gydF4y2Ba
μgydF4y2Ba (数据gydF4y2Ba
1 (b)gydF4y2Ba 和gydF4y2Ba
1 (c)gydF4y2Ba )。gydF4y2Ba
断裂表面biocomposites允许厚度测量。(一)没有额外的涂层;与120年(b)gydF4y2Ba
μgydF4y2Ba m;与240年(c)gydF4y2Ba
μgydF4y2Ba m。gydF4y2Ba
(一)gydF4y2Ba
(b)gydF4y2Ba
(c)gydF4y2Ba
增加120gydF4y2Ba
μgydF4y2Ba 丙交脂导致总厚度的350±7gydF4y2Ba
μgydF4y2Ba m(图gydF4y2Ba
1 (b)gydF4y2Ba ),而与240年gydF4y2Ba
μgydF4y2Ba 米,总保护层452±50gydF4y2Ba
μgydF4y2Ba 获得(图gydF4y2Ba
1 (c)gydF4y2Ba )。这些厚度相媲美的凝胶层用于船船体(零点几毫米gydF4y2Ba
22gydF4y2Ba ])。gydF4y2Ba
3.2。进化的重量在老化gydF4y2Ba
图gydF4y2Ba
2gydF4y2Ba 显示了如何添加丙交脂防护层影响biocomposites的体重增加在沉浸在40°C。丙交脂就迅速饱和,在体重增加约1%,其他地方提到[gydF4y2Ba
23gydF4y2Ba ]。gydF4y2Ba
图2gydF4y2Ba
不同丙交脂保护层厚度对biocomposite水吸收40°C。gydF4y2Ba
在相同浸泡条件下的体重biocomposites保护192gydF4y2Ba
μgydF4y2Ba 米的丙交脂是高10倍,由于亚麻纤维亲水性(gydF4y2Ba
24gydF4y2Ba ,gydF4y2Ba
25gydF4y2Ba ]。然而,甚至还没有达到饱和高原在水中3个月后,与以前的结果(gydF4y2Ba
12gydF4y2Ba ]。这种差异是由于生产过程;电影堆积在新闻和加工试样边缘使用之前允许外部丙交脂层厚度减少和纤维直接接触水。gydF4y2Ba
所示的戴维斯和Choqueuse此前进行的研究gydF4y2Ba
22gydF4y2Ba 碳/环氧复合材料,丙交脂层水中,但不是一个障碍减缓扩散过程,减少最大体重增加2倍。然而,两者的区别涂层厚度的350年和452年gydF4y2Ba
μgydF4y2Ba m是小的。这可能是由于损伤发展和将检查部分gydF4y2Ba
3.4gydF4y2Ba 。gydF4y2Ba
3.3。热物性参数和力学性能参数的进化在老化gydF4y2Ba
3.3.1。整洁的聚合物:丙交脂gydF4y2Ba
数据gydF4y2Ba
3(一个)gydF4y2Ba 和gydF4y2Ba
3 (b)gydF4y2Ba 说明丙交脂的玻璃化转变温度和熔化焓变化在浸20°C和40°C。gydF4y2Ba
TgydF4y2BaggydF4y2Ba
并不受浸(20和40°C)而熔化焓往往会增加尤其是在40°C (+ 300%)。gydF4y2Ba
(一)玻璃化转变温度的演变。(b)的进化熔化焓和浸浴温度为20和40°C。gydF4y2Ba
(一)gydF4y2Ba
(b)gydF4y2Ba
这种现象可以归因于再结晶,包括聚合物的晶体结构的修改。宠物(据报道之前gydF4y2Ba
26gydF4y2Ba ]。根据Foulc et al。gydF4y2Ba
26gydF4y2Ba )再结晶与不可逆转的恶化链断裂等机制由于水解酯功能。因此,小型连锁店变得更加移动,晶体结构被修改。以前的工作在丙交脂gydF4y2Ba
12gydF4y2Ba )强调减少48%的摩尔质量在海水浸泡在40°C,确认链断裂。gydF4y2Ba
表gydF4y2Ba
1gydF4y2Ba 显示了母体聚合物力学性能数据3个月后在海水20°C和40°C。gydF4y2Ba
表1gydF4y2Ba
力学性能的演变od整洁丙交脂后3个月的海水。gydF4y2Ba
老化温度gydF4y2Ba
产权gydF4y2Ba
tgydF4y2Ba
=gydF4y2Ba
0gydF4y2Ba
产权gydF4y2Ba
tgydF4y2Ba
=gydF4y2Ba
3gydF4y2Ba
个月gydF4y2Ba
进化的属性(%)gydF4y2Ba
杨氏模量(MPa)gydF4y2Ba
20°CgydF4y2Ba
3823±23gydF4y2Ba
4102±143gydF4y2Ba
+ 7gydF4y2Ba
40°CgydF4y2Ba
4956±448gydF4y2Ba
+ 29gydF4y2Ba
最大应力(MPa)gydF4y2Ba
20°CgydF4y2Ba
49.6±3.9gydF4y2Ba
42.2±0.9gydF4y2Ba
−15gydF4y2Ba
40°CgydF4y2Ba
26.2±2.7gydF4y2Ba
−48gydF4y2Ba
断裂应变(%)gydF4y2Ba
20°CgydF4y2Ba
1.4±0.1gydF4y2Ba
1.4±0.1gydF4y2Ba
0gydF4y2Ba
40°CgydF4y2Ba
0.7±0.2gydF4y2Ba
−50gydF4y2Ba
这些结果表明杨氏模量的增加,根据温度在7%和29%之间。断裂应力下降了15%和48%后浸在20°C和40°C,分别。破坏应变不变沉浸在20°C但是下降一半在40°C。这些趋势可以解释为水解现象影响丙交脂的结构性质。关于进化杨氏模量,增加熔化焓在浸泡可以补偿链断裂(图的后果gydF4y2Ba
3 (b)gydF4y2Ba )。gydF4y2Ba
比较这些结果与先前的研究从另一个供应商丙交脂(生物群系L9000) (gydF4y2Ba
12gydF4y2Ba ),揭示了更快的恶化,可能导致从一个较低的初始摩尔质量(gydF4y2Ba
米gydF4y2BangydF4y2Ba
= 63 000 101 000克/摩尔之前相比)。gydF4y2Ba
海水浸泡引发复杂的机制。事实上,DSC结果(数据gydF4y2Ba
3(一个)gydF4y2Ba 和gydF4y2Ba
3 (b)gydF4y2Ba 丙交脂)显示不可逆转的退化,而测试干燥后(这里没有显示)表明完全恢复的初始属性沉浸在温度15天。因此,由于塑化两个可逆的老化,出现短暂浸泡时间后和永久的退化(水解)发生在浸泡。gydF4y2Ba
3.3.2。亚麻/丙交脂BiocompositesgydF4y2Ba
分析DSC(数字gydF4y2Ba
4(一)gydF4y2Ba 和gydF4y2Ba
4 (b)gydF4y2Ba )揭示了丙交脂的结构矩阵biocomposite与浸泡时间的变化。gydF4y2Ba
玻璃化转变温度(a)的进化biocomposites根据他们的保护层厚度。(b)的进化biocomposites熔化焓浸温度是40°C。gydF4y2Ba
(一)gydF4y2Ba
(b)gydF4y2Ba
结果显示一个小192的玻璃化转变温度降低gydF4y2Ba
μgydF4y2Ba 覆盖层(图gydF4y2Ba
4(一)gydF4y2Ba )和大量增加熔化焓与192年的复合材料gydF4y2Ba
μgydF4y2Ba 米粗丙交脂相比350年和452年的保护gydF4y2Ba
μgydF4y2Ba 米层。节中解释gydF4y2Ba
3.3.1gydF4y2Ba 的减少gydF4y2Ba
TgydF4y2BaggydF4y2Ba
和增加熔化焓可以解释为不可逆矩阵的退化。观察到的趋势凸显了丙交脂涂层能够减缓水解降解由于减少水吸收(图gydF4y2Ba
1gydF4y2Ba )。350年和452年再次结果gydF4y2Ba
μgydF4y2Ba m丙交脂是相似的。gydF4y2Ba
图gydF4y2Ba
5gydF4y2Ba 显示了力学性能的演变,明显的刚度和承载能力,后biocomposites浸。这些属性是使用参考样品厚度计算,所以涂料层的影响是被忽视的。gydF4y2Ba
保留(a)明显的刚度和(b)通量相对力量,浸泡时间的函数在40°C。gydF4y2Ba
(一)gydF4y2Ba
(b)gydF4y2Ba
明显的刚度有明显的下降,在40%和60%之间(图据材料gydF4y2Ba
5gydF4y2Ba 浸入式的第一个月期间)。此后,刚度下降不明显,特别是厚涂料。负荷能力(力量通量)趋势是相似的。gydF4y2Ba
机械性能损失是由于化学降解丙交脂矩阵就是明证的DSC测量。由于多组分系统,降低钢筋和界面区可能也发生。进一步的细节在部分降解机制进行评估gydF4y2Ba
3.4gydF4y2Ba 和gydF4y2Ba
3.5gydF4y2Ba 。gydF4y2Ba
防护层明显限制性能的下降。因此,3个月后350年和452年的标本gydF4y2Ba
μgydF4y2Ba 米粗丙交脂涂料保留一半的初始刚度和承载能力的40%至50%。结果350年和452年之间的区别gydF4y2Ba
μgydF4y2Ba 米厚度很小,如预期的体重测量。gydF4y2Ba
3.4。损伤机制gydF4y2Ba
图gydF4y2Ba
6gydF4y2Ba 表明biocomposites不同涂料的力学响应进行张力随老龄化在海水40°C。必须记住,在复合随机平面的钢筋,线性对应的损失损害的地方强化的横向加载方向。亚麻和丙交脂之间的界面性质影响线性发生的损失。gydF4y2Ba
图6gydF4y2Ba
拉伸力学行为演化biocomposites根据其保护层厚度作为浸渍时间的函数。浸泡温度是40°C。gydF4y2Ba
机械性能的变化与浸注意确认测量的一项研究[gydF4y2Ba
12gydF4y2Ba 损失的线性应力-应变的阴谋。这是永久性损伤的结果,比如fibre-matrix脱胶和分层由于微分肿胀亚麻和丙交脂(gydF4y2Ba
12gydF4y2Ba ]。亚麻纤维退化已被证明(gydF4y2Ba
12gydF4y2Ba ]。gydF4y2Ba
图gydF4y2Ba
6gydF4y2Ba 清楚地显示了添加丙交脂涂料的优势推迟机械降解。然而,这种涂层损伤也修改损伤机制与第一出现在表面(图gydF4y2Ba
7gydF4y2Ba )。这已经被观察到在普通凝胶涂层(gydF4y2Ba
27gydF4y2Ba ]。因此,经过15天的浸裂缝在表面,指出导致锯齿状形式出现在force-strain阴谋(强调通过椭圆图gydF4y2Ba
6gydF4y2Ba )。这是一个下降的结果丙交脂属性(gydF4y2Ba
εgydF4y2Ba = 0.7±0.2%,3个月后,表gydF4y2Ba
1gydF4y2Ba )。用厚涂层第一检测到损伤前,表明有一个实际的上限可以添加丙交脂的厚度。表面裂纹密度非常高的薄涂层。这些裂缝的出现会导致体重增加和加速,解释了机械性能的下降。gydF4y2Ba
损伤机制的样品后3个月岁40°C。箭头显示破坏保护层。gydF4y2Ba
(一)gydF4y2Ba
(b)gydF4y2Ba
(c)gydF4y2Ba
然后扫描电镜图像(图gydF4y2Ba
8gydF4y2Ba )说明损伤biocomposites 3个月后在海水40°C的标本显示192gydF4y2Ba
μgydF4y2Ba 全球m丙交脂损伤(裂纹丙交脂矩阵,脱胶,纤维断裂,等等)。厚涂料(350年和452年gydF4y2Ba
μgydF4y2Ba 米),损害当地biocomposite之间的分层和PPLA表层(红色矩形图gydF4y2Ba
8gydF4y2Ba )。微分肿胀biocomposite和涂料层之间可能会导致分层。gydF4y2Ba
保护层厚度的影响的损害机制biocomposites经过3个月的沉浸在40°C。gydF4y2Ba
(一)gydF4y2Ba
(b)gydF4y2Ba
(c)gydF4y2Ba
(d)gydF4y2Ba
3.5。干燥和水吸收相关性的影响gydF4y2Ba
一些标本干燥至恒重了在测试之前为了区分可逆的和永久性的老化损伤。图gydF4y2Ba
9gydF4y2Ba 表明biocomposites不同老化后的力学性能((a)明显的刚度和(b)力通)。gydF4y2Ba
进化的相对刚度(a)和力的相对通量(b)的函数水吸收湿样品(完整的符号)和干样品(空符号)。gydF4y2Ba
(一)gydF4y2Ba
(b)gydF4y2Ba
结果数据gydF4y2Ba
9(一个)gydF4y2Ba 和gydF4y2Ba
9 (b)gydF4y2Ba 表明干燥使刚度性能恢复,至少4%的体重增加而不是力量。这突显出可逆(塑化)和不可逆现象(水解、脱胶等)同时发生。gydF4y2Ba
这也是有趣的涂层的影响。事实上,干燥的涂层biocomposites不会导致不镀膜材料的刚度恢复对于一个给定的体重增加。这可能是由于额外的损伤区涂层和复合(图gydF4y2Ba
7gydF4y2Ba )。gydF4y2Ba
最后,在图的结果gydF4y2Ba
9(一个)gydF4y2Ba 和gydF4y2Ba
9 (b)gydF4y2Ba 表明,力学性能之间的关系和体重接近线性的。这突显出合适的涂层策略限制入水的重要性。它还表明,这些材料的耐久性的预测可以很简单,通过耦合扩散模型获得的水在材料线性属性loss-water依赖。类似的耦合模型应用了其他材料的老化(gydF4y2Ba
28gydF4y2Ba ]。gydF4y2Ba
4所示。结论gydF4y2Ba
在一项研究gydF4y2Ba
12gydF4y2Ba 老化后),大体重增加显示导致大量亚麻/丙交脂biocomposite力学性能的下降。同时,丙交脂的性能被证明老化后仍然相当稳定。本工作的目的是评估的好处老化后添加额外的丙交脂层表面的亚麻/丙交脂biocomposite,类似于凝胶层用于保护传统玻璃增强复合材料从海洋老化。这种方法的一个主要优势是,涂层可以添加在成型,不需要额外的操作,和后生活管理保持不变。gydF4y2Ba
体重的测量表明,添加丙交脂(350年和452年gydF4y2Ba
μgydF4y2Ba 米厚)减缓体重增加2倍。热物性参数和力学性能参数的分析后biocomposite浸显示矩阵的防护层减少水解和保留复合属性相比提高了100%的未受保护的参考材料。gydF4y2Ba
这是第一种方法改善耐久性biocomposites海洋应用,同时保留一个环保策略。添加丙交脂厚涂层的结果在一个新的损伤机制,表层开裂,这凸显了需要更多的韧性和耐紫外线涂料层。在这个方向上进一步的工作正在进行中。gydF4y2Ba