954 工程科学学报，第43卷，第7期 表1热变形温度测试参数 Table 1 Test parameters of the heat deflection temperature Onset temperature/℃ Heating rate/(℃h-l) Applied loading/kg Flexural stress/MPa Span/mm Flexural deflection/mm 27 120 0.201 1.8 64 0.34 对PLA及其复合材料拉伸断口进行了成像，成像 3实验结果与分析 前对其进行喷金处理，加速电压设为10kV 2.3差示扫描量热（DSC)测试 3.1扫描电镜形貌分析 采用差示扫面量热仪对PLA及其复合材料进 PLA及其复合材料拉伸断口形貌如图1所 示，从左至右的放大倍率分别为500倍，1000倍和 行热分析，以10℃min的升温速率将5~10mg 的试样从30℃加热到200℃保温5min以消除热 2000倍. 历史，再以20℃min速率降温到30℃，停留5min PLA的拉伸断口上具有较多的孔隙，且部分 后再二次升温到200℃，升温速率为10℃min 基体被拉长，表明PLA具有较好的拉伸韧性.从 另外，试样的结晶度()可用公式(1)来计算： 图1(b)~()中可以看出，本实验所采取的熔融共 △Hm 混方法能够将苎麻纤维均匀地分布在PLA基体 Xe=△H1o0%×(I-wRF） ×100% (1) 中.然而复合材料拉伸断面上大量的纤维脱粘，直 其中，△Hm表示PLA和PLA/RF复合材料的熔融 接从树脂基体中拔出形成孔洞且拨出的纤维表面 焓，△H1o0%是理论100%结晶PLA的熔融焓，wRr 无基体附着，这一现象反映了PLA和苎麻纤维较 代表苎麻纤维的质量分数.根据以前的报道山，完 差的界面性能2 全结晶PLA的熔融焓是93.7Jg 3.2差示扫描量热测试分析 2.4流变行为测试 通过DSC来测试PLA及其复合材料的热性 采用旋转流变仪(MARS-40.HAAKE)对PLA 能，其二次升温和一次降温曲线如图2所示.熔融 及其复合材料进行流行测试表征，采用直径为20mm 温度(Tm)、熔融焓（△Hm)、放热冷结晶温度(Tm) 的圆形平板测量夹具，平板间距为1mm,小应变 以及结晶度(X)如表2所示 动态频率扫描范围为0.628~628rads,应变幅度 从图2(a)可知，PLA及其复合材料均呈现双 为1%，测试温度为190℃ 熔融峰，低温区熔融峰的出现是由于复合材料内 2.5力学性能测试 部存在完善程度较低的结晶区域3当苎麻纤 2.5.1拉伸性能测试 维质量分数较低(10%)时，低温区熔融峰的强度略 按照GB/T1040.1一2006标准，在HDW-2000型 微增加，且熔点(T2)有所降低，这主要归因于低 微机控制橡胶拉伸试验机上进行拉伸强度测试 含量的纤维促进复合材料不完善晶体的形成.当 测试样条尺寸为75mm×10mm×2mm,拉伸速率设 苎麻纤维质量分数大于10%时，复合材料的低温 定为10 mm:min,每种材料测试五个试样，求其平 区熔融温度(Tm!)和熔点温度逐渐升高，表明高 均值. 含量的苎麻纤维有助于促进形成完善程度较高的 2.5.2弯曲性能测试 晶核.但是纤维的加入会降低复合材料的结晶度， 按照GB/T9341一2008标准，在HDW-2000型 这主要是由于苎麻纤维的添加起到异相成核作 微机控制橡胶拉伸试验机上采用三点弯曲测试模 用5-，但限制了晶核的长大，最终降低了复合材 式测得弯曲性能，测试跨距为64mm,测试速率设 料的结晶度 定2 mm:min.弯曲试样尺寸为80mm×10mm× 从图2(b)可看出，低质量分数的纤维(10%)促 4mm,每种材料测试5个试样，求其平均值 进不完善晶体的形成，因此在降温结晶时，结晶不 2.53冲击性能测试 完善的区域优先结晶，促进复合材料的放热冷结 按照GB/T1843一2008标准注塑样条，样条 晶峰向高温方向移动.随着纤维含量的增加，复合 长度为80mm、宽度为10mm、厚度为4mm,V型 材料的放热冷结晶峰逐渐向低温方向移动，表明 缺口，深1.1mm,缺口弧度为45°，然后在XJU-5.5 高含量苎麻纤维的添加限制了PLA分子链的移 型悬臂梁冲击试验机进行悬臂梁冲击试验，每种材 动，降低了分子链的规律性，进而限制了复合材料 料测试5个样条，求其平均值表示材料的冲击强度 结晶7对 PLA 及其复合材料拉伸断口进行了成像，成像 前对其进行喷金处理，加速电压设为 10 kV. 2.3    差示扫描量热（DSC）测试 采用差示扫面量热仪对 PLA 及其复合材料进 行热分析，以 10 ℃·min−1 的升温速率将 5～10 mg 的试样从 30 ℃ 加热到 200 ℃ 保温 5 min 以消除热 历史，再以 20 ℃·min−1 速率降温到 30 ℃，停留 5 min 后再二次升温到 200 ℃，升温速率为 10 ℃·min−1 . 另外，试样的结晶度（χc）可用公式（1）来计算： χc = ∆Hm ∆H100% ×(1−wRF) ×100% （1） 其中，ΔHm 表示 PLA 和 PLA/RF 复合材料的熔融 焓 ，ΔH100% 是理论 100% 结晶 PLA 的熔融焓，wRF 代表苎麻纤维的质量分数. 根据以前的报道[11] ，完 全结晶 PLA 的熔融焓是 93.7 J·g−1 . 2.4    流变行为测试 采用旋转流变仪（MARS−40，HAAKE）对 PLA 及其复合材料进行流行测试表征，采用直径为 20 mm 的圆形平板测量夹具，平板间距为 1 mm，小应变 动态频率扫描范围为 0.628～628 rad·s−1，应变幅度 为 1%，测试温度为 190 ℃. 2.5    力学性能测试 2.5.1    拉伸性能测试 按照GB/T 1040.1—2006 标准，在HDW−2000 型 微机控制橡胶拉伸试验机上进行拉伸强度测试. 测试样条尺寸为 75 mm×10 mm×2 mm，拉伸速率设 定为 10 mm·min−1，每种材料测试五个试样，求其平 均值. 2.5.2    弯曲性能测试 按照 GB/T 9341—2008 标准，在 HDW−2000 型 微机控制橡胶拉伸试验机上采用三点弯曲测试模 式测得弯曲性能，测试跨距为 64 mm，测试速率设 定 2 mm·min−1 . 弯曲试样尺寸为 80 mm×10 mm× 4 mm, 每种材料测试 5 个试样，求其平均值. 2.5.3    冲击性能测试 按照 GB/T 1843—2008 标准注塑样条，样条 长度为 80 mm、宽度为 10 mm、厚度为 4 mm，V 型 缺口，深 1.1 mm，缺口弧度为 45°，然后在 XJU−5.5 型悬臂梁冲击试验机进行悬臂梁冲击试验，每种材 料测试 5 个样条，求其平均值表示材料的冲击强度. 3    实验结果与分析 3.1    扫描电镜形貌分析 PLA 及其复合材料拉伸断口形貌如图 1 所 示，从左至右的放大倍率分别为 500 倍，1000 倍和 2000 倍. PLA 的拉伸断口上具有较多的孔隙，且部分 基体被拉长，表明 PLA 具有较好的拉伸韧性. 从 图 1（b）～（e）中可以看出，本实验所采取的熔融共 混方法能够将苎麻纤维均匀地分布在 PLA 基体 中. 然而复合材料拉伸断面上大量的纤维脱粘，直 接从树脂基体中拔出形成孔洞且拨出的纤维表面 无基体附着，这一现象反映了 PLA 和苎麻纤维较 差的界面性能[12] . 3.2    差示扫描量热测试分析 通过 DSC 来测试 PLA 及其复合材料的热性 能，其二次升温和一次降温曲线如图 2 所示. 熔融 温度（Tm）、熔融焓（ΔHm）、放热冷结晶温度（Tmc） 以及结晶度（χc）如表 2 所示. 从图 2（a）可知，PLA 及其复合材料均呈现双 熔融峰，低温区熔融峰的出现是由于复合材料内 部存在完善程度较低的结晶区域[13−14] . 当苎麻纤 维质量分数较低（10%）时，低温区熔融峰的强度略 微增加，且熔点（Tm2）有所降低，这主要归因于低 含量的纤维促进复合材料不完善晶体的形成. 当 苎麻纤维质量分数大于 10% 时，复合材料的低温 区熔融温度（Tm1）和熔点温度逐渐升高，表明高 含量的苎麻纤维有助于促进形成完善程度较高的 晶核. 但是纤维的加入会降低复合材料的结晶度， 这主要是由于苎麻纤维的添加起到异相成核作 用[15−16] ，但限制了晶核的长大，最终降低了复合材 料的结晶度. 从图 2（b）可看出，低质量分数的纤维（10%）促 进不完善晶体的形成，因此在降温结晶时，结晶不 完善的区域优先结晶，促进复合材料的放热冷结 晶峰向高温方向移动. 随着纤维含量的增加，复合 材料的放热冷结晶峰逐渐向低温方向移动，表明 高含量苎麻纤维的添加限制了 PLA 分子链的移 动，降低了分子链的规律性，进而限制了复合材料 结晶[17] . 表 1 热变形温度测试参数 Table 1 Test parameters of the heat deflection temperature Onset temperature/℃ Heating rate/（℃·h−1） Applied loading/kg Flexural stress/MPa Span/mm Flexural deflection/mm 27 120 0.201 1.8 64 0.34 · 954 · 工程科学学报，第 43 卷，第 7 期