Page 78 - 《橡塑技术与装备》2022年4期

橡塑技术与装备 CHINA RUBBER/PLASTICS TECHNOLOGY AND EQUIPMENT

汽车用碳纳米管 / 聚乳酸复合材料

结晶性能研究

豆高雅
( 榆林市新科技开发有限公司，陕西 榆林 718100)

摘要 ： 本文通过溶液挥发法制备了不同配比的 PLA/CNT 复合材料。采用扫描电子显微镜 (SEM) 研究了 CNT 在 PLA 中的微
观形态，发现 CNT 在 PLA 基体中分散性较好，分别通过差示扫描量热仪 (DSC)、X- 射线衍射 (XRD) 和万能试验机来研究 CNT
的加入对 PLA 的结晶、结晶结构及力学性能的影响。结果发现，CNT 的加入提高了 PLA 的结晶速率、结晶度和力学性能。CNT
在基体中的分散直接影响了 PLA 的性能，为了使 CNT 更好的分散在 PLA 基体中，通过溶液沉淀法制备了不同含量 CNT 的纳米
复合材料。SEM 及 XRD 的结果均表明，与溶液挥发法比较，溶液沉淀法可有效的抑制了 CNT 的团聚，达到较好地分散，并对其
晶体结构、结晶性能及力学性能进行研究。结果发现，CNT 的加入不但提高了 PLA 的结晶度，并且改变了结晶结构，促进 PLA
向 α 晶型转变。随着 CNT 含量的增加，PLA 结晶度减小，但其热稳定性和力学性能却有较大的提高。
关键词 ： 溶液挥发法 ；溶液沉淀法 ；结晶结构 ；晶型转变 ；力学性能
中图分类号 ： TB383,O633.14 文章编号 ： 1009-797X(2022)04-0028-07
文献标识码 ： B DOI:10.13520/j.cnki.rpte.2022.04.006

基于生物复合材料的汽车，采用了聚乳酸复合材 将 PLA 加工成各种材料时 ( 纤维、薄膜、瓶、工
料（PLA）蜂窝夹层设计。荷兰埃因霍芬理工大学的 程塑料 )，它的性能很大程度上取决于 PLA 的结晶情
TU/Ecomotive 学生团队，通过组合应用生物基复合 况。为使材料具备所需的性能，PLA 的结晶过程必须
材料和生物塑料（聚乳酸复合材料），为 Lina 创造了 加以控制，因而了解 PLA 的结晶原理及过程在加工
一种轻质底盘。其中，所采用的生物基复合材料由亚 中非常重要。PLA 虽为可结晶塑料，但结晶过程
麻制成，这是一种能在任何温和的气候下生长的植物。 非常缓慢，这导致其耐热性能受到严重影响，热变形
该新型生物基复合材料具备了玻璃纤维强度和重量比 温度小于 65 ℃，使得其在耐热产品应用受到极大的限
例，同时此种新型复合材料拥有着别类的可持续性优 制，因此对如何提高 PLA 结晶速度和结晶度对 PLA
势。而基 NatureWorks 公司的 PLA（聚乳酸）的生 的推广应用具有非常重要的意义 [1~3] 。本文通过不同
物塑料蜂窝芯材，则采用 EconCore 技术被生产出来， 类型成核剂对 PLA 结晶度研究，探讨 PLA 结晶与性
EconCore 技术专为实现热塑性蜂窝材料的低成本连 能的关系，以及获得高结晶度 PLA 材料的有效方法。
续生产而开发。这种生物塑料蜂窝芯材，由从甜菜中 碳纳米管凭借其特殊的结构及优异的物理性能受
提取的完全可生物降解的聚合物聚乳酸（PLA）制成。 到了人们的广泛关注，尤其在其作为填充体改性聚合
该蜂窝芯材置于两层由亚麻纤维制成的片层中间，使 物基体的工作中显示出良好的发展前景，为聚合物高
其具备了夹层板的效果，即拥有较高的强度和较高的 性能和多功能化提供新的途径。最近十几年内，有关
刚度，但自身质量确很轻。 碳纳米管及聚合物 / 碳纳米管复合材料的研究报导很
据称，生物基聚乳酸复合材料的强度和刚度都高 多，然而以碳纳米管作为成核剂对可生物降解高分子
于单一塑料的，而且能够与市面上在售的自增强聚丙 聚合物进行结晶性能的研究工作开展较少，尤其是对
烯复合材料竞争。此外，制造过程中的能量消耗仅为 已经实现规模化生产的聚乳酸、聚丁二酸丁二酯等可
石油基复合材料的一半，每千克材料产生的二氧化碳
作者简介 ：豆高雅 (1990-)，女，工程师，现从事复合材
量也仅为石油基复合材料的一半。未来，该复合材料
料研究工作。
有望在体育、汽车和医疗等领域中取得应用。 收稿日期 ：2021-10-19

4
·28· 第 48 卷 第 期