PLA/PPC/CS復(fù)合材料的制備工藝

摘" 要：通過(guò)在聚乳酸（PLA）/玉米秸稈（CS）復(fù)合材料中引入聚碳酸亞丙酯（PPC）改善韌性，使用熔融擠出與熱壓成型相結(jié)合的方式制備聚乳酸/聚碳酸亞丙酯/玉米秸稈（PLA/PPC/CS）復(fù)合材料，以熱壓時(shí)間、熱壓壓力和熱壓溫度為變量，以PLA/PPC/CS復(fù)合材料的沖擊、彎曲和拉伸性能為評(píng)價(jià)指標(biāo)設(shè)計(jì)單因素試驗(yàn).試驗(yàn)結(jié)果表明，熱壓時(shí)間、熱壓壓力、熱壓溫度對(duì)PLA/PPC/CS復(fù)合材料的力學(xué)性能影響顯著.最終優(yōu)化出的熱壓工藝條件為熱壓時(shí)間10 min，熱壓壓力7.5 MPa，熱壓溫度190 ℃.

關(guān)鍵詞：木塑復(fù)合材料；聚乳酸；聚碳酸亞丙酯；熱壓工藝；力學(xué)性能

中圖分類號(hào)：TB332""" 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A""" 文章編號(hào)：10001565（2024）05051308

DOI：10.3969/j.issn.10001565.2024.05.008

Preparation process of PLA/PPC/CS composite materials

ZHAO Zihan1， MENG Lingyu2， LI Xiangrui1， LI Chunfeng1， LIU Mingli1

（1. College of Materials Science and Engineering， Beihua University， Jilin 132013，China；

2. Institute of Forestry Resources Utilization， Jilin Academy of Forestry， Changchun 130117，China）

Abstract： To improve the toughness of the PLA/corn stalk composite， the introduction of polypropylene carbonate （PPC） was used. The PLA/PPC/corn stalk （PLA/PPC/CS） composite was prepared using a combination of melt extrusion and hot pressing. A single factor experiment was designed with hot pressing time， hot pressing pressure， and hot pressing temperature as variables， and the impact， bending， and tensile properties of the PLA/PPC/CS composite as evaluation indicators.The results showed that the hot pressing time， hot pressing pressure， and hot pressing temperature had significant effects on the mechanical properties of PLA/PPC/CS composites.The final optimized hot pressing process is： hot pressing time is 10 min， hot pressing pressure is 7.5 MPa， and hot pressing temperature is 190 ℃.

Key words： wood-plastic composite materials; polylactic acid; polypropylene carbonate; hot pressing process; mechanical property

收稿日期：20240313;修回日期：20240516

基金項(xiàng)目：

吉林省創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)人才項(xiàng)目（2023QN44）； 吉林省重點(diǎn)科技攻關(guān)項(xiàng)目（20220202095NC； 20230202092NC）；吉林省科技發(fā)展創(chuàng)新平臺(tái)（基地）和人才專項(xiàng)（20220508119RC；20240601038RC）；吉林省預(yù)算內(nèi)基本建設(shè)資金（創(chuàng)新能力建設(shè)）項(xiàng)目（2022C039-4）

第一作者：趙梓函（2001—），男，北華大學(xué)在讀碩士研究生，主要從事生物質(zhì)復(fù)合材料方向研究.E-mail：zzh15613698638@163.com

通信作者：劉明利（1978—），女，北華大學(xué)教授，博士，主要從事生物質(zhì)復(fù)合材料及木材功能改良方向研究.E-mail：liumingli17@163.com

木塑復(fù)合材料（WPC）被認(rèn)為是一種環(huán)境友好型材料，是以塑料為基體、木粉或其他植物纖維為填充物的一種復(fù)合材料，其兼具木材和塑料的特點(diǎn).然而傳統(tǒng)WPC的最終產(chǎn)物難以降解，因此使用可降解聚合物

聚乳酸（PLA）作為塑料基體與農(nóng)林剩余物玉米秸稈制備WPC可以有效緩解該問(wèn)題.

PLA是一種環(huán)保型可降解聚合物，諸多研究者對(duì)PLA基WPCs進(jìn)行了相關(guān)研究［1-3］.但是

由于PLA本身的脆性過(guò)大［4］，導(dǎo)致制成的PLA基WPCs也具有較大的脆性.因此，本課題組嘗試直接將韌性優(yōu)異的可降解塑料聚碳酸亞丙酯（PPC）引入 PLA 基復(fù)合體系中，制備聚乳酸/聚碳酸亞丙酯/玉米秸稈（PLA/PPC/CS）復(fù)合材料，從而改善PLA基WPCs的韌性.

制備WPCs的常用方式主要有熱壓成型、擠出成型、注塑成型等［5-6］.塑料是提供韌性的連續(xù)相，而木質(zhì)纖維是提供強(qiáng)度和剛度的分散相［7］，制備工藝可能會(huì)影響木質(zhì)纖維與塑料基體的分布狀態(tài)，從而對(duì)WPCs的性能造成影響.根據(jù)實(shí)驗(yàn)室條件，選用擠出與熱壓成型相結(jié)合的方式制備PLA/PPC/CS復(fù)合材料.由于PLA/PPC/CS復(fù)合材料的成型方式是熱壓成型，而在熱壓過(guò)程中，熱壓時(shí)間、熱壓溫度與熱壓壓力對(duì)PLA/PPC/CS復(fù)合材料可能存在顯著的影響.周雪蓮等［8］發(fā)現(xiàn)熱壓溫度、物料的木塑比對(duì)木粉/高密度聚氯

乙烯木塑板力學(xué)性能具有顯著的影響.吳逸飛［9］通過(guò)單因素試驗(yàn)與響應(yīng)面試驗(yàn)探究熱壓成型因

素對(duì)竹木復(fù)合

材料性能的影響，以熱壓溫度、熱壓時(shí)間與熱壓壓力為自變量，竹木復(fù)合材料的物理力學(xué)性能為

評(píng)價(jià)指標(biāo)優(yōu)化出較優(yōu)的熱壓工藝.王奇［10］也發(fā)現(xiàn)熱壓成型的溫度和壓力對(duì)聚乙烯/狼尾草復(fù)合材料的力學(xué)性能具有顯著的影響.

因此，本文主要研究PLA/PPC/CS復(fù)合材料的制備工藝，通過(guò)單因素試驗(yàn)方法，以熱壓時(shí)間、熱壓壓力、熱壓溫度為變量，PLA/PPC/CS復(fù)合材料的力學(xué)性能為評(píng)價(jià)指標(biāo)，優(yōu)化出使PLA/PPC/CS復(fù)合材料韌性較優(yōu)異的熱壓工藝，為環(huán)保型PLA/PPC/CS復(fù)合材料的研究提供數(shù)據(jù)支持.

1" 試驗(yàn)部分

1.1" 試驗(yàn)材料

PLA（型號(hào)4032D，美國(guó)Natureworks公司）；PPC（型號(hào)8801，江蘇中科金龍環(huán)保新材料有限公司）;玉米秸稈粉（粒徑9.5～630 μm，大安市鑫亞秸稈科技環(huán)保有限公司）；擴(kuò)鏈劑（型號(hào)X-U993，銓盛聚碳科技股份有限公司）；硬脂酸鋅、聚乙烯蠟（東莞山一塑化有限公司）.

1.2" 試驗(yàn)設(shè)備

電子分析天平（型號(hào)FA1004，上海力辰邦西儀器科技有限公司）；精密電子天平（型號(hào)FA2004，天津天馬衡基儀器有限公司）；標(biāo)準(zhǔn)檢驗(yàn)篩（630、187.5、150、125、9.5 μm，上海新苗醫(yī)療器械制造有限公司）；電熱恒溫鼓風(fēng)干燥箱（型號(hào)DHG-903385-Ⅲ，武漢怡揚(yáng)塑料機(jī)械有限公司）；塑料混料機(jī)（型號(hào)SHR-10，武漢怡揚(yáng)塑料機(jī)械有限公司）；錐形雙螺桿擠出機(jī)（型號(hào)SJSZ，浙江永康市速鋒工貿(mào)有限公司）；多功能粉碎機(jī)（型號(hào)TB-2000，哈爾濱東大林業(yè)技術(shù)裝備有限公司）；平板硫化機(jī)（型號(hào)BY219X5/8，臺(tái)州市龍誠(chéng)工具制造有限公司）；鋸美地板切割無(wú)塵鋸（上海臺(tái)海工量具有限公司）；電子數(shù)顯卡尺（承德優(yōu)特檢測(cè)儀器制造有限公司）；懸臂梁沖擊試驗(yàn)機(jī)（型號(hào)XJUD，濟(jì)南試驗(yàn)集團(tuán)有限公司時(shí)代集團(tuán)）；萬(wàn)能力學(xué)試驗(yàn)機(jī)（型號(hào)DWD-100E，上海力辰邦西儀器科技有限公司）.

1.3" 試驗(yàn)方法

1.3.1" 制備方法

使用標(biāo)準(zhǔn)檢驗(yàn)篩篩分CS，然后將PLA、PPC、CS置于鼓風(fēng)干燥箱中，以60 ℃干燥24 h，按相應(yīng)的配方稱取原料.將原料置于塑料混料機(jī)中以100 ℃混合30 min，然后將粒料投入雙螺桿擠出機(jī)中擠出造粒，雙螺桿擠出機(jī)筒狀區(qū)的溫度分別設(shè)置為185、190、190、190 ℃，螺桿轉(zhuǎn)速為180 r/min，最后將粒料鋪裝在專用的模具中并使用平板硫化機(jī)進(jìn)行熱壓，制備流程圖如圖1所示.

1.3.2" 制備工藝試驗(yàn)設(shè)計(jì)

如圖2所示，純PLA的沖擊強(qiáng)度不佳，僅為0.76 kJ/m2，純PPC的沖擊強(qiáng)度為10.35 kJ/m2，這

是因?yàn)镻PC分子鏈主鏈上存在醚鍵，令PPC具有韌性，但這也令PPC缺少?gòu)?qiáng)度.隨著PPC質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增加，PLA/PPC復(fù)合材料的沖擊強(qiáng)度呈現(xiàn)先提升后降低的趨勢(shì).當(dāng)PPC質(zhì)量分?jǐn)?shù)不超過(guò)40%時(shí)，隨著PPC質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增加，PLA/PPC復(fù)合材料中的柔性分子增多，受到外力沖擊時(shí)，PLA/PPC復(fù)合材料能夠吸收大量的沖擊能量，沖擊強(qiáng)度得到較大幅度的改善.當(dāng)PPC質(zhì)量分?jǐn)?shù)達(dá)到40%時(shí)，沖擊強(qiáng)度達(dá)到最大值50.09 kJ/m2，較純PLA提升了6 490.79%.因此，加入聚碳酸亞丙酯改善了聚乳酸/玉米秸稈復(fù)合材料的韌性.

以沖擊強(qiáng)度、彎曲強(qiáng)度和拉伸強(qiáng)度為主要評(píng)價(jià)指標(biāo)，研究不同的熱壓時(shí)間（5、10、

15、20 min）、熱壓溫度（180、185、190、195、200 ℃）、熱壓壓力（2.5、5、7.5、10 MPa）對(duì)PLA/PPC/CS復(fù)合材料力學(xué)性能的影響，不同組別的工藝參數(shù)

如表1所示.物料參數(shù)：CS在復(fù)合材料中的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為60%，PLA與PPC總質(zhì)量分?jǐn)?shù)為40%，其中PPC在塑料中的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為40%，PLA在塑料中的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為60%.擴(kuò)鏈劑X-U993、硬脂酸鋅與PE蠟均為CS、PLA和PPC總質(zhì)量的1%，CS的粒徑為187.5～630 μm.

1.4" 測(cè)試與表征

1.4.1" 沖擊性能測(cè)試

按照GB/T 1043.2—2018《塑料 簡(jiǎn)支梁沖擊性能的測(cè)定第 2部分：儀器化沖擊試驗(yàn)》中關(guān)于沖擊試驗(yàn)的部分，使用懸臂梁沖擊試驗(yàn)機(jī)測(cè)定樣品的無(wú)缺口沖擊性能.樣品規(guī)格為長(zhǎng)×寬×厚=80 mm×10 mm×4 mm.每組樣品重復(fù)測(cè)試8次并取平均值.

1.4.2" 彎曲性能測(cè)試

根據(jù)GB/T 9341—2008《塑料 彎曲性能的測(cè)定》中關(guān)于彎曲性能的相關(guān)規(guī)定使用萬(wàn)能力學(xué)試驗(yàn)機(jī)進(jìn)行測(cè)試.樣品規(guī)格為長(zhǎng)×寬×厚=80 mm×10 mm×4 mm.每組樣品重復(fù)測(cè)試8次并取平均值.

1.4.3" 拉伸性能測(cè)試

根據(jù)GB/T 1040.2—2022《塑料 拉伸性能的測(cè)定第2部分：模塑和擠塑塑料的試驗(yàn)條件》中關(guān)于拉伸性能的相關(guān)規(guī)定使用萬(wàn)能力學(xué)試驗(yàn)機(jī)進(jìn)行測(cè)試.樣品為啞鈴狀，總長(zhǎng)150 mm，端部寬度20 mm，標(biāo)距為50 mm，厚度為4 mm.每組樣品重復(fù)測(cè)試8次并取平均值.

1.4.4" 表觀密度測(cè)試

用電子分析天平測(cè)量試樣的質(zhì)量，精度為0.000 1 g；試樣的長(zhǎng)度、寬度和厚度使用游標(biāo)卡尺測(cè)量.試樣的表觀密度按照 ASTM D2395—2017《Standard Test Methods for Density and Specific Gravity （Relative Density of Wood and Wood-Based Material》進(jìn)行計(jì)算，精度為0.01 g/cm3.每組配方制備8個(gè)試樣，并取平均值.

2" 結(jié)果與討論

2.1" 熱壓時(shí)間對(duì)PLA/PPC/CS復(fù)合材料力學(xué)的影響

2.1.1" 熱壓時(shí)間對(duì)PLA/PPC/CS復(fù)合材料沖擊強(qiáng)度的影響

將經(jīng)過(guò)雙螺桿擠出機(jī)熔融共混后的粒料粉碎后熱壓制成PLA/PPC/CS復(fù)合材料板材，熱壓時(shí)間分別設(shè)定為5、10、15、20 min，測(cè)定在不同熱壓時(shí)間下復(fù)合材料沖擊強(qiáng)度的變化，熱壓壓力為10 MPa，熱壓溫度為190 ℃.

圖3為熱壓時(shí)間對(duì)PLA/PPC/CS復(fù)合材料沖擊強(qiáng)度的影響.由圖3可知，隨著熱壓時(shí)間的提升，

復(fù)合材料的沖擊強(qiáng)度先提高再降低.當(dāng)熱壓時(shí)間為10 min時(shí)，沖擊強(qiáng)度達(dá)到最大值4.99 kJ/m2，

較熱壓時(shí)間為5 min時(shí)提升了3.26%，比熱壓時(shí)間為20 min高14.76%，說(shuō)明熱壓時(shí)間過(guò)短或過(guò)長(zhǎng)都對(duì)沖擊強(qiáng)度存在一定的負(fù)面

影響.其原因可能是熱壓時(shí)間過(guò)短，使PLA與PPC不能良好地熔融與流動(dòng)［11］，并且在與CS熔融共混后，PLA/PPC/CS復(fù)合材料的導(dǎo)熱性有所降低，使復(fù)合材料的熔融需要更多的時(shí)間.而隨著熱壓時(shí)間的延長(zhǎng)，沖擊強(qiáng)度呈現(xiàn)線性下降，這是因?yàn)閺?fù)合材料組分中的CS長(zhǎng)時(shí)間處于較高的溫度和一定的壓力之下，使CS發(fā)生一定程度的碳化，熱壓時(shí)間過(guò)長(zhǎng)在熱壓過(guò)程中也會(huì)產(chǎn)生明顯的焦糊味，可以觀察到制備出的復(fù)合材料板材的顏色明顯向黑褐色轉(zhuǎn)變.CS發(fā)生碳化后脆性增加，進(jìn)而使復(fù)合材料的脆性提升，降低沖擊強(qiáng)度.因此，熱壓時(shí)間10 min較為合適.

2.1.2" 熱壓時(shí)間對(duì)PLA/PPC/CS復(fù)合材料彎曲性能的影響

圖4為熱壓時(shí)間對(duì)PLA/PPC/CS復(fù)合材料彎曲強(qiáng)度和彈性模量的影響.從圖4可知，熱壓時(shí)間對(duì)復(fù)合材料彎曲性能的影響與對(duì)沖擊強(qiáng)度的影響相似.在熱壓時(shí)間為10 min時(shí)，復(fù)合材料的彎曲強(qiáng)度和彈性模量達(dá)到最大值，分別為54.84 MPa和3.95 GPa.當(dāng)熱壓時(shí)間超過(guò)10 min時(shí)，彎曲強(qiáng)度開(kāi)始急劇下降，當(dāng)熱壓時(shí)間為20 min時(shí)，復(fù)合材料的彎曲強(qiáng)度和彈性模量?jī)H為41.47 MPa和3.70 GPa，較熱壓時(shí)間為10 min時(shí)分別降低了24.28%和6.33%，說(shuō)明過(guò)長(zhǎng)的熱壓時(shí)間對(duì)復(fù)合材料彎曲強(qiáng)度的負(fù)面影響較大.這是因?yàn)閺?fù)合材料中的CS粉的比例較大，碳化后的CS脆性大，在受到外力時(shí)容易發(fā)生脆性斷裂，因此對(duì)復(fù)合材料彎曲性能具有較大的負(fù)面影響.較長(zhǎng)的熱壓時(shí)間可能也增加CS的熱解程度和氧化程度.因此，熱壓時(shí)間為10 min時(shí)，可以得到彎曲性能較優(yōu)的復(fù)合材料.

2.1.3" 熱壓時(shí)間對(duì)PLA/PPC/CS復(fù)合材料拉伸強(qiáng)度的影響

圖5為熱壓時(shí)間對(duì)PLA/PPC/CS復(fù)合材料拉伸強(qiáng)度的影響.其變化趨勢(shì)與沖擊強(qiáng)度、彎曲強(qiáng)度類似，也是在熱壓時(shí)間為 10 min 時(shí)取到峰值，此時(shí)的拉伸強(qiáng)度和斷裂伸長(zhǎng)率分別為21.23 MPa和6.12%，比熱壓20 min時(shí)分別高42.19%和33.81%.當(dāng)熱壓時(shí)間超過(guò)10 min后，復(fù)合材料的斷裂伸長(zhǎng)率的下降說(shuō)明長(zhǎng)時(shí)間的熱壓會(huì)令復(fù)合材料的拉伸韌性下降，這可能也是由于CS碳化所帶來(lái)的負(fù)面影響，碳化后的CS在受到拉力時(shí)，更容易發(fā)生斷裂，從而導(dǎo)致拉伸性能的惡化.

綜上所述，熱壓時(shí)間對(duì)PLA/PPC/CS復(fù)合材料的力學(xué)性能具有一定的影響，復(fù)合材料的沖擊性能、彎曲性能和拉伸性能隨著熱壓時(shí)間的延長(zhǎng)，呈現(xiàn)先上升再下降的趨勢(shì).此外，在熱壓時(shí)間為10 min時(shí)，綜合力學(xué)性能在所有組別中達(dá)到最優(yōu)，因此在后續(xù)試驗(yàn)中，熱壓時(shí)間設(shè)定為10 min.

2.2" 熱壓壓力對(duì)PLA/PPC/CS復(fù)合材料力學(xué)性能的影響

2.2.1" 熱壓壓力對(duì)PLA/PPC/CS復(fù)合材料沖擊強(qiáng)度的影響

由2.1可知，當(dāng)熱壓時(shí)間為10 min時(shí)，PLA/PPC/CS復(fù)合材料的綜合力學(xué)性能較優(yōu)，因此在熱壓時(shí)間為10 min，熱壓溫度為190 ℃的條件下，研究熱壓壓力對(duì)復(fù)合材料力學(xué)性能的影響.

圖6為熱壓壓力對(duì)PLA/PPC/CS復(fù)合材料沖擊性能的影響，隨著熱壓壓力的增加，復(fù)合材料的沖擊強(qiáng)度先提升再下降.當(dāng)熱壓壓力為2.5、5、7.5、10 MPa時(shí)，沖擊強(qiáng)度分別為4.84、5.54、5.93、5.34 kJ/m2，7.5 MPa時(shí)的沖擊強(qiáng)度比2.5 MPa時(shí)的沖擊強(qiáng)度提升了22.52%.圖6說(shuō)明當(dāng)熱壓溫度為190 ℃、熱壓壓力為7.5 MPa時(shí)，復(fù)合材料的沖擊強(qiáng)度較優(yōu).而熱壓壓力主要會(huì)對(duì)PLA/PPC/CS復(fù)合材料的密度產(chǎn)生一定的影響，令復(fù)合材料內(nèi)部結(jié)構(gòu)之間更加緊密.圖7為不同熱壓壓力下PLA/PPC/CS復(fù)合材料的表觀密度.從圖7中可知，隨著熱壓壓力的提升，PLA/PPC/CS復(fù)合材料的表觀密度先提升再降低，與復(fù)合材料沖擊強(qiáng)度的變化趨勢(shì)相同.說(shuō)明較高的密度賦予了PLA/PPC/CS復(fù)合材料更強(qiáng)的抵御沖擊的能力.而當(dāng)熱壓壓力過(guò)大時(shí)，復(fù)合材料的沖擊強(qiáng)度反而降低，這是因?yàn)檩^高的熱壓壓力與熱壓溫度對(duì)復(fù)合材料中CS的內(nèi)部結(jié)構(gòu)發(fā)生了一定的破壞，從而影響其性能.另一方面，熱壓壓力上升過(guò)快，導(dǎo)致部分PLA/PPC/CS復(fù)合材料粉末被擠出模具，進(jìn)而使PLA/PPC/CS復(fù)合材料密度下降，影響了復(fù)合材料的沖擊性能.上述分析說(shuō)明，當(dāng)熱壓壓力為7.5 MPa時(shí)，PLA/PPC/CS復(fù)合材料的沖擊性能較優(yōu).

2.2.2" 熱壓壓力對(duì)PLA/PPC/CS復(fù)合材料彎曲性能的影響

圖8為熱壓壓力對(duì)PLA/PPC/CS復(fù)合材料彎曲性能的影響.由圖8可知，當(dāng)熱壓壓力達(dá)到7.5 MPa時(shí)，PLA/PPC/CS復(fù)合材料的彎曲強(qiáng)度達(dá)到最大值57.84 MPa.熱壓壓力對(duì)復(fù)合材料的彎曲強(qiáng)度的影響不大，4組不同的熱壓壓力的條件下，復(fù)合材料的彎曲強(qiáng)度穩(wěn)定在55 MPa附近，沒(méi)有較大的波動(dòng).但是熱壓壓力對(duì)PLA/PPC/CS復(fù)合材料的彈性模量影響較大，當(dāng)熱壓壓力達(dá)到5 MPa時(shí)，復(fù)合材料的彈性模量為4.07 GPa，比熱壓壓力為2.5 MPa時(shí)提高14.65%，說(shuō)明此壓力下，復(fù)合材料具有較好的剛性，即在受到外力作用時(shí)，復(fù)合材料難以發(fā)生形變，使復(fù)合材料在應(yīng)力集中的情況下，減少了被破壞的風(fēng)險(xiǎn)［12］.當(dāng)熱壓壓力為7.5 MPa時(shí)，復(fù)合材料的彈性模量有所降低，降低至3.80 GPa，但仍比熱壓壓力為2.5 MPa和10 MPa時(shí)高，說(shuō)明在此壓力下，復(fù)合材料的彈性模量也具有較高的抵抗形變的能力，因?yàn)樵跓釅哼^(guò)程中，較高的壓力令復(fù)合材料內(nèi)部的纖維與塑料基體之間結(jié)合更加緊密，改變了纖維的分布和排列，從而提高復(fù)合材料的強(qiáng)度和剛度，進(jìn)一步提升了復(fù)合材料的彈性模量.因此，當(dāng)熱壓壓力為5 MPa～7.5 MPa時(shí)，復(fù)合材料的彎曲性能較優(yōu).

2.2.3" 熱壓壓力對(duì)PLA/PPC/CS復(fù)合材料拉伸性能的影響

圖9為熱壓壓力對(duì)PLA/PPC/CS復(fù)合材料拉伸性能的影響.從圖9可知，隨著熱壓壓力的變化，PLA/

PPC/CS復(fù)合材料斷裂伸長(zhǎng)率基本保持在一條水平的直線上，沒(méi)有較大的波動(dòng)，不同組別拉伸強(qiáng)度的差值基本保持在±10%以內(nèi)，說(shuō)明熱壓壓力對(duì)復(fù)合材料拉伸性能的影響較小，因?yàn)樵谶_(dá)到一定的壓力后，壓力使熱壓模具形成了密閉的空間，繼續(xù)加大壓力后，壓力基本上承載到模具上，導(dǎo)致熱壓壓力對(duì)PLA/PPC/CS復(fù)合材料的拉伸性能影響較小.

綜合上述分析，結(jié)合不同組別復(fù)合材料的綜合力學(xué)性能以及對(duì)復(fù)合材料增韌改性的主要目的，試驗(yàn)選取7.5 MPa的熱壓壓力作為后續(xù)試驗(yàn)的熱壓壓力.

2.3" 熱壓溫度對(duì)PLA/PPC/CS復(fù)合材料力學(xué)性能的影響

2.3.1" 熱壓溫度對(duì)PLA/PPC/CS復(fù)合材料沖擊性能的影響

在熱壓時(shí)間為10 min、熱壓壓力為7.5 MPa的條件下，研究熱壓溫度對(duì)PLA/PPC/CS復(fù)合材料力

學(xué)性能的影響.圖10為熱壓溫度對(duì)PLA/PPC

復(fù)合材料沖擊性能的影響.其中，結(jié)合PLA/PPC復(fù)合材料的加工溫度，因此選取180～200 ℃.從圖10可知，當(dāng)熱壓溫度從180 ℃

上升到200 ℃時(shí)，復(fù)合材料的沖擊強(qiáng)度先提升再降低.當(dāng)熱壓溫度達(dá)到190 ℃時(shí)，復(fù)合材料的沖擊強(qiáng)度達(dá)到最大值5.93 kJ/m2.當(dāng)熱壓溫度超過(guò)190 ℃后，復(fù)合材料的沖擊強(qiáng)度呈線性下降.這可

能是由2方面原因?qū)е碌模阂环矫?，過(guò)高的溫度導(dǎo)致CS發(fā)生碳化，破壞玉米纖維結(jié)構(gòu)，使CS與塑料基體之間的黏結(jié)力減弱.另一方面，過(guò)高的溫度可能導(dǎo)致塑料基體的結(jié)晶度降低，減弱分子之間作用力，從而影響復(fù)合材料的沖擊強(qiáng)度.因此，190 ℃為較優(yōu)的熱壓溫度.

2.3.2" 熱壓溫度對(duì)PLA/PPC/CS復(fù)合材料彎曲性能的影響

圖11為熱壓溫度對(duì)PLA/PPC/CS復(fù)合材料彎曲性能的影響.與沖擊強(qiáng)度不同的是，彎曲強(qiáng)度在185～195 ℃內(nèi)達(dá)到較高的值，說(shuō)明在這一溫度區(qū)間內(nèi)對(duì)復(fù)合材料彎曲強(qiáng)度的影響較小，在此溫度區(qū)間內(nèi)，塑料基體能夠發(fā)生良好的熔融，并且CS不會(huì)發(fā)生嚴(yán)重的碳化.當(dāng)熱壓溫度為190 ℃時(shí)，復(fù)合材料的彎曲強(qiáng)度達(dá)到最大值57.84 MPa，此時(shí)的彈性模量為4.95 GPa，也達(dá)到了較高的數(shù)值.當(dāng)熱壓溫度超過(guò)195 ℃后，復(fù)合材料的彎曲強(qiáng)度和彈性模量大幅度下降.在此熱壓溫度下，有明顯的焦糊味，說(shuō)明CS已經(jīng)發(fā)生嚴(yán)重的碳化，令復(fù)合材料的彎曲性能降低.因此，對(duì)于復(fù)合材料的彎曲性能來(lái)說(shuō)，185～195 ℃是較合適的加工溫度區(qū)間.

2.3.3" 熱壓溫度對(duì)PLA/PPC/CS復(fù)合材料拉伸性能的影響

圖12為熱壓溫度對(duì)PLA/PPC/CS拉伸性能的影響.從圖12可知，當(dāng)熱壓溫度在180～195 ℃時(shí)，

復(fù)合材料的拉伸強(qiáng)度和斷裂伸長(zhǎng)率的變化幅度較小，抗拉強(qiáng)度在185～195 ℃時(shí)有小幅度上升，從20.86 MPa上升到22.02 MPa，斷裂伸長(zhǎng)率基本保持不變.這說(shuō)明塑料基體和CS在此溫度區(qū)間內(nèi)的熔融狀態(tài)和結(jié)合沒(méi)有發(fā)生明顯的改變.與沖擊性能和彎曲性能類似，當(dāng)熱壓溫度超過(guò)195 ℃后，拉伸強(qiáng)度和斷裂伸長(zhǎng)率發(fā)生大幅度降低，這也可以用CS發(fā)生熱降解和碳化來(lái)解釋.

綜上所述，在熱壓時(shí)間為10 min，熱壓壓力為7.5 MPa的條件下，沖擊性能較佳的加工溫度為 190 ℃，彎曲性能較佳的加工溫度為 185～195 ℃，拉伸性能較佳的加工溫度為190～195 ℃.因此，綜合力學(xué)性能來(lái)看，確定后續(xù)試驗(yàn)的熱壓溫度為 190 ℃.最終確定PLA/PPC/CS復(fù)合材料的熱壓工藝為：熱壓時(shí)間10 min、熱壓壓力7.5 MPa、熱壓溫度190 ℃.

3" 結(jié)論

本文研究了熱壓時(shí)間、熱壓壓力、熱壓溫度對(duì)PLA/PPC/CS復(fù)合材料沖擊性能、彎曲性能、拉伸性能的影響，選出較優(yōu)的熱壓工藝，具體研究結(jié)果如下：熱壓時(shí)間、熱壓壓力和熱壓溫度均對(duì)PLA/PPC/CS復(fù)合材料力學(xué)性能有較顯著的影響.較優(yōu)的熱壓工藝為熱壓時(shí)間10 min、熱壓壓力7.5 MPa、熱壓溫度190 ℃，在此加工條件下，塑料基體與CS能夠得到較好的熔融，PLA/PPC/CS復(fù)合材料力學(xué)性能的沖擊強(qiáng)度、彎曲強(qiáng)度、彈性模量、拉伸強(qiáng)度和斷裂伸長(zhǎng)率分別為5.93 kJ/m2、57.84 MPa、4.95 GPa、21.96 MPa、5.72%.PLA/PPC/CS復(fù)合材料作為一種可降解且力學(xué)性能優(yōu)良的材料具有非常廣闊的應(yīng)用前景.

參" 考" 文" 獻(xiàn)：

［1］" 陸鑫禹，路琴，孫東寶，等.桉木/PLA復(fù)合材料界面改性方法及其性能研究［J］.化工新型材料， 2022， 50（7）： 165-169.DOI： 10.19817/j.cnki.issn.1006-3536.2022.07.035.

［2］" 張小青，劉琴，張騰，等.3D打印用聚乳酸基木塑復(fù)合材料的界面改性［J］.塑料， 2022，51（2）： 71-75.

［3］" 孫東寶，路琴，陸鑫禹，等.PLA/稻殼粉復(fù)合材料界面改性方法及性能研究［J］.中國(guó)塑料，2021， 35（6）： 80-84.DOI： 10.19491/j.issn.1001-9278.2021.06.013.

［4］" 張佰城，鄭雨欣，許珂，等.PLA/PBAT復(fù)合材料增容增塑的研究進(jìn)展［J］.工程塑料應(yīng)用，2023， 51（12）： 165-169.DOI： 10.3969/j.issn.1001-3539.2023.12.026.

［5］" TEUBER L， OSBURG V-S， TOPOROWSKI W， et al. Wood polymer composites and their contribution to cascading utilisation［J］. Clean Prod， 2016， 110： 9-15.DOI： 10.1016/j.jclepro.2015.04.009.

［6］" WU Q， CHI K， WUY， et al. Mechanical， thermal expansion， and flammability properties of co-extruded wood polymer composites with basalt fiber reinforced shells［J］. Mater Des，2014， 60： 334-342.DOI： 10.1016/j.matdes.2014.04.010.

［7］" WANG H， ZHANG X， GUO S， et al.Areview of coextruded wood-plastic composites［J］. Polym Compo， 2021， 42（9）： 4174-4186.DOI： 10.1002/PC.26189.

［8］" 周雪蓮，郝碩，單偉東，等.織物裝飾木塑板的制備工藝及性能［J/OL］.復(fù)合材料學(xué)報(bào)， 2023：1-11［2024-01-14］https：//doi.org/10.13801/j.cnki.fhclxb.20230902.002.

［9］" 吳逸飛.竹木復(fù)合建筑模板制備工藝研究［D］.長(zhǎng)沙：中南林業(yè)科技大學(xué)， 2022.

［10］" 王奇.速生草質(zhì)木塑復(fù)合材料制備與性能表征［D］.長(zhǎng)沙：中南林業(yè)科技大學(xué)，2018.

［11］" 劉玉星，王進(jìn)，鄧衛(wèi)萍，等.PVC/竹片木塑復(fù)合材料制備工藝［J］.工程塑料應(yīng)用， 2017，45（7）： 65-68.DOI： 10.3969/j.issn.1001-3539.2017.07.013.

［12］" 張志堅(jiān)，章建忠.PA66/GF復(fù)合材料研制及應(yīng)用［J］.工程塑料應(yīng)用， 2010， 38（8）： 42-44.

（責(zé)任編輯：梁俊紅）