流变和动态力学性能青麻自然稻草和聚乳酸Biocomposites

文摘

最近,天然纤维已成为有吸引力的材料工程师,科学家和研究人员作为biocomposites替代钢筋。在这项研究中,聚乳酸/青麻自然与各种青麻稻草秸秆biocomposites重量分数是由熔体混合。差示扫描量热(DSC)结果显示显著的影响青麻稻草在解放军的融化行为,即使在低青麻稻草内容。动态力学分析表明,储能模量,以及biocomposites tanδ,增加当青麻稻草含量增加,这表明青麻之间更好的互动自然稻草和解放军。把青麻稻草到biocomposites提供良好的流变学与矩阵有关的变化。扫描电镜观察显示良好的分散的解放军青麻稻草。

1。介绍

近年来,要求环保材料增加减少化石燃料的消耗和防止全球环境问题(1,2]。天然增强复合材料广泛应用取代合成增强聚合物,特别是对于工业应用,如汽车、建筑、和包装行业(3,4]。调查也进行生产使用不同类型的矩阵从天然纤维复合材料,如聚丙烯(5),聚乙烯(6)、环氧树脂(7],polyhydroxybutyrate [8],它能够满足许多工程应用方面的能量,力量,和吸收。解放军是合成脂肪族聚酯生产可再生农业产品,如甘蔗、甜菜玉米和木薯。人民解放军是众所周知的可生物降解和生物相容性的聚合物(9]。然而,脆性,成本相对较高,熔体粘度进行进一步的处理限制其进一步发展广阔的应用(10,11]。几项研究进行了调查的可能性PLA-reinforced天然纤维改善biocomposite属性。据报道,不同类型的纤维如麻、亚麻、黄麻,竹子,和洋麻麻,因为丰富的可用性、低价格、低密度和优异的机械性能(12- - - - - -15]。大多数这些研究显示抗拉和抗弯强度等性能得到改善。刘等人。16)表示,玄武岩纤维的上浆显著增加拉伸,冲击,解放军的弯曲强度。同时,这项研究由Huda et al。17]研究了PLA /回收纤维素复合房地产利用挤出和注塑和声明,填料(30%)提高了刚度没有阻碍结晶度和热稳定性。

然而,日益增长的兴趣自然复合材料和复合材料的应用仅限于非结构领域因为贫穷兼容等缺点矩阵和相对较高的吸湿性18,19]。我们已经了解到,天然纤维含有大量的纤维素,半纤维素、木质素和果胶,使天然纤维容易吸湿性(20.]。许多物理和化学表面修饰被用来提高热塑性矩阵之间的兼容性和天然纤维实现高性能天然纤维增强biocomposites [21,22]。简达et al。23]研究香蕉纤维的治疗/ PLA biocomposite捏造熔体混合和压缩成型,和结果表明,形态分析表明表面润湿和粘附性能的显著提高。

在这项研究中,青麻秸秆被选为PLA复合材料的强化。青麻吸管产生农业残留物视为可再生资源是广泛使用在苏丹。这些被消除森林砍伐和焚烧从未在构建新材料应用程序使用。燃烧这些材料进一步提高有关全球变暖的问题。添加了聚乳酸在形态学的影响,热,动态力学和流变特性研究充分利用青麻稻草作为一种新的建筑材料。

2。材料和方法

2.1。材料

4032 d级聚乳酸(PLA)以颗粒形式用作矩阵树脂从尤尼克公司购买科技(苏州)有限公司,有限公司,中国。氢氧化钠(氢氧化钠)和丙酮(≥99.5%)由上海Yunli经济和贸易有限公司,有限公司,中国。

2.2。秸秆收集和处理

收集的青麻吸管杰济拉大学的农场,然后用水洗从表面去除灰尘和杂质。青麻稻草碎粉形式(平均直径为45μ米),然后进一步用丙酮去除杂质和氢氧化钠处理。最后,把吸管干在烤箱75°C 72人力资源。

2.3。复合材料制备

解放军的球矩阵和青麻稻草粉最初在真空炉干70°C的温度为24小时前把水通过挤出机处理。与青麻Biocomposites稻草内容从1,3,5%的人使用高速混合机混合在一个容器里。最后混合物送入一个共转双螺杆在180 - 100转190°C获取颗粒。注射成型是用来形成混合样品为标准的测试。注射成型的温度为180 - 190°C 1 MPa的压力和模具温度约40°C。

2.4。特征

解放军的官能团,稻草和PLA /稻草被确定通过傅里叶变换红外(FTIR)光谱仪(美国Nicolet 8700)使用powder-pressed KBr磁盘的波数范围从4000厘米¹到400厘米¹。进行了热重分析(TGA)在N₂大气用TGA Q5000 IR (TA Instruments-Waters LLC新的城堡,德,美国)和样品3 - 5克的重量15°C /分钟的加热速度从30°C到450°C。biocomposites的热特性进行了DSC Q20 (TA Instruments-Waters LLC)(样品重量:5 - 10毫克,温度:30 - 250°C)。

动态力学分析(DMA)进行了使用DMA Q800 (TA Instruments-Waters)。矩形样本的维数 由双悬臂法进行测试。测量测定1赫兹的频率和应变率为0.1%,在温度范围从40°C到120°C的升温速率4°C /分钟。混合和纯树脂的流变特性测量使用ARES-RFS (TA Instruments-Waters)。频率范围是0.1∼100 Hz。在测量之前,样本准备使用注塑180°C。复合材料的断口形貌观察使用扫描电子显微镜(SEM)(日本日立s - 300 n)的加速电压(30 kV)。

3所示。结果与讨论

3.1。傅里叶转换红外光谱学

红外光谱是一种有用的技术来确定青麻稻草的官能团和青麻稻草/ PLA biocomposites。如图1,广泛的峰值为3421厘米¹和602厘米¹与-哦官能团的青麻稻草样本。吸光度的山峰1049厘米左右¹归因于切断组,峰值在2925厘米吗¹与碳氢键组拉伸的芳甲基纤维素和半纤维素,和高峰在1629厘米吗¹与C = C组归因于芳香族骨架振动的木质素。峰值为1737厘米¹对应于C = O组。哦组青麻稻草/ PLA biocomposites峰消失,表明中国人民解放军well-wrapped青麻稻草,这是归因于交互附着力好。

3.2。DSC分析

melt-crystallization DSC曲线的纯聚乳酸和聚乳酸/青麻稻草biocomposites 10°C /分钟的冷却速率图所示2。是观察到的峰值与玻璃化转变温度(Tg)在解放军完全消失在DSC温度记录器的青麻稻草。Tg的消失意味着解放军的无定形的阶段主要是水解和删除24]。此外,添加青麻稻草到解放军矩阵并没有显著增加的熔化温度(Tm)值PLA /青麻稻草biocomposites。熔化温度略微好转的可能是由于强相互作用解放军青麻稻草和聚合物之间的附着力。此外,结果表明,青麻稻草不仅提高了结晶,也阻碍了中国人民解放军矩阵的运动链的融化过程。

3.3。热重量分析

如图3纯PLA,经历了一个从251°C的单程退化和有经验的最高降解率在272°C。逾20%炭渣~ 500°C。至于解放军/青麻稻草,热降解过程开始前与纯聚乳酸相比,进一步减少随着青麻稻草的内容可以归因于较低的降解温度青麻稻草。

3.4。动态力学分析

动态力学行为的纯聚乳酸和聚乳酸/青麻秸秆利用DMA biocomposites进行了研究。这是观察从图4(一)储能模量的解放军的掺入增加青麻稻草。更好的应力转移解释的改善储能模量在青麻straw-reinforced复合材料(25]。这些结果表明,纯PLA的模量1475 MPa在45°C。储能模量增加到1585 MPa, 1782 MPa,和解放军1800 MPa /青麻稻草(99/1),解放军/青麻稻草(97/3)和聚乳酸/青麻稻草(95/5),分别。储能模量的改善是由于更好的对待青麻稻草和中国人民解放军之间的交互矩阵。棕褐色δ可以提供信息如何好的材料可以吸收能量。图4 (b)显示了谭δ纯粹的解放军和人民解放军/青麻稻草biocomposites作为温度的函数。棕褐色的δbiocomposites高度降低与纯或灵巧的解放军和进一步缩小与青麻稻草增加内容。现象表明,青麻稻草是高度兼容解放军矩阵,这是由于更少的能量耗散和更大的流动限制在接口(26]。

3.5。流变特性

图5显示了储能模量(G )和损耗模量(G )整洁的或纯粹的解放军和人民解放军/青麻稻草biocomposites作为频率的函数在180°C。解放军的流变特性/青麻稻草biocomposites显示较低价值的解放军。复合材料的加工性能是影响的聚合物熔体青麻稻草。储能模量的值的PLA /青麻稻草(97/3)除(95/5)biocomposites高于纯矩阵的频率范围。这种行为可以用这一事实来解释很多青麻稻草粒子限制变形,显示解放军加强效应。解放军的储能模量的差异/青麻秸秆样本可以归因于他们的分歧在粒子加载。频率之间的关系和tanδ( )分析了看到解放军的行为/青麻稻草biocomposites失去能量分子重组和内部摩擦。在这种复合系统,如图5 (c)tanδ(棕褐色δ)减少的青麻稻草,这主要是由于存在有效的互动青麻稻草和解放军矩阵。因此,复合材料的粘弹性能量耗散是有限的(27]。解放军和人民解放军的熔体流变测试复合材料的证据也显示不同的流动行为取决于青麻稻草的内容。

3.6。复合形态分析

分散的稻草,稻草和解放军矩阵之间的交互过程中发挥了关键作用决定最终复合材料的力学性能。聚乳酸复合材料的断裂表面被扫描电镜扫描。从图6(一个),可以看出,纯PLA显示一个相对光滑的断裂表面。图6(b) -6(d)显示了一个好的青麻稻草分散在中国人民解放军矩阵和青麻稻草粒子没有凝聚。此外,青麻稻草负荷增加时,复合断裂表面不平坦。此外,青麻稻草表面似乎是被一层覆盖中国人民解放军聚合物。这个结果表明强附着力青麻稻草和中国人民解放军之间的矩阵,以及均匀分散的青麻稻草在解放军矩阵,实现,使得有效应力转移青麻稻草和聚合物矩阵之间的关系。

3.7。力学性能的复合材料

青麻稻草的合并的影响复合材料的力学性能也进行了研究。整洁的解放军和人民解放军的应力-应变曲线/青麻秸秆复合材料在图所示7(一)。图清楚地表明,拉伸应力和伸长打破更高的复合材料与纯聚乳酸相比。青麻稻草粒子的添加显著增加解放军的拉伸强度和模量,如图7 (b)和7 (c),进一步加强与青麻秸秆比例增加。例如,抗拉强度增加 来 和模量 来 整洁的人民解放军5 wt的复合材料。%稻草内容,分别。结果表明,解放军可以成功地加强了稻草。

4所示。结论

在此,我们研究了PLA /青麻自然稻草biocomposites 1%, 3%,和5%青麻吸管。发现内容增加青麻稻草解放军导致分解温度下降,表明减少了解放军的热稳定性。解放军的拉伸强度和模量/青麻稻草biocomposites青麻稻草的增加增加内容。因此,秸秆的色散解放军,解放军之间的交互和稻草,是改善。这个结果是由扫描电镜分析证明了良好的色散青麻稻草的解放军。DMA结果表明straw-reinforced biocomposites储能模量较高导致显著提高刚度和储能模量,进一步稻草含量的增加而增加。秸秆直接关系内容和tanδ也证明青麻自然稻草和人民解放军之间更好的互动。然而,流变特性与青麻秸秆,减少最显著的影响与进一步提高秸秆的内容出现。这项研究可能会进一步扩展看到温度对流变特性的影响。

数据可用性

所有可用的数据请求的电子邮件fadlalmawala@uofg.edu.sd。

的利益冲突

作者宣称没有利益冲突有关的出版。

确认

纺织学院的所有实验室工作人员,东华大学,中国。

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