回收料的摻量對(duì)聚乳酸性能影響研究

閆麗靜

回收料的摻量對(duì)聚乳酸性能影響研究

閆麗靜

（廣東科技學(xué)院機(jī)電工程系，廣東 東莞 523083）

聚乳酸因具有良好的機(jī)械性和生物降解性等優(yōu)點(diǎn)，應(yīng)用范圍越來(lái)越廣泛。文章研究了聚乳酸回收料摻量對(duì)其流動(dòng)性、抗拉強(qiáng)度、沖擊韌性的影響。研究結(jié)果表明，回收料的添加有利于提高聚乳酸的流動(dòng)性，但是會(huì)降低其抗拉強(qiáng)度和沖擊韌性。

聚乳酸；回收料；流動(dòng)性；抗拉強(qiáng)度；沖擊韌性

聚乳酸（Poly Lactic Acid，PLA）是由玉米、馬鈴薯、小麥等可再生植物資源中提取的淀粉在酶催化作用下分解成葡萄糖，葡萄糖經(jīng)過(guò)乳酸菌發(fā)酵成為乳酸，再經(jīng)由化學(xué)合成的一種熱塑性生物降解高分子［1］。聚乳酸廢棄后在自然環(huán)境中可分解成二氧化碳和水，隨后在光合作用下又可以成為淀粉的原始材料，不污染環(huán)境，是公認(rèn)的環(huán)境友好材料。聚乳酸具有良好的機(jī)械性能和可塑性，廣泛應(yīng)用于生活、工農(nóng)業(yè)、服裝、醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域，但是聚乳酸價(jià)格貴、降解速度慢［2］等缺點(diǎn)限制了它的廣泛應(yīng)用。再生資源回收利用是發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟(jì)的必然選擇，如何合理利用回收料已經(jīng)成為世界熱門的研究方向之一［3］。本文主要研究回收料摻量對(duì)聚乳酸流動(dòng)性和機(jī)械性能的影響，以促進(jìn)聚乳酸回收料的合理利用，從而降低其成本，加快其生產(chǎn)實(shí)現(xiàn)工業(yè)化的步伐。

1 試驗(yàn)材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

聚乳酸：型號(hào)PLA1323，密度1.24g·cm-3，熔融指數(shù)10～30g·（10min）-1（190℃），熔點(diǎn)145～155℃。

試驗(yàn)試樣：分別使用阿基米德螺旋線法、拉伸試驗(yàn)、沖擊試驗(yàn)研究回收料摻量對(duì)聚乳酸流動(dòng)性、抗拉強(qiáng)度和沖擊韌性的影響?？紤]阿基米德螺旋線加工比較困難，故采用平面螺紋試樣［4-6］，橫截面為半圓，直徑為3mm。試樣如圖1所示。

圖1 實(shí)驗(yàn)試樣Fig.1 The experimental samples of PLA

3種試樣均采用注塑成型。螺旋試樣采用中心進(jìn)膠，拉伸試驗(yàn)分別采用單邊進(jìn)膠和雙邊進(jìn)膠2種方式制作，沖擊試驗(yàn)分別采用單邊進(jìn)膠、雙邊進(jìn)膠和中間進(jìn)膠3種方式制作。注塑工藝參數(shù)如表1所示。

表1 螺旋試樣注射成型工藝參數(shù)［7-8］Tab.1 Injection molding process parameters of screw sample

1.2 試驗(yàn)設(shè)備

WDW-100D，微控電子萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)，JM88C/ES，臥式曲肘注塑機(jī)，指針式懸臂梁沖擊試驗(yàn)機(jī)。

1.3 試驗(yàn)方法

1.3.1 回收料摻量對(duì)聚乳酸流動(dòng)性的影響

將含回收料分別為0%、10%、25%、50%、100%的聚乳酸塑料在螺旋模具中成型，通過(guò)測(cè)試螺旋試樣的質(zhì)量和長(zhǎng)度，研究不同比例回收料摻量對(duì)聚乳酸流動(dòng)性的影響。

1.3.2 回收料摻量對(duì)聚乳酸抗拉強(qiáng)度的影響

將含回收料分別為0%、10%、25%、50%、100%的聚乳酸塑料用拉伸試樣模具制成拉伸試樣，其中注膠方式采用試樣一邊單澆口澆注和試樣兩邊雙澆口同時(shí)澆注兩種方式。制成試樣后用微機(jī)控制電子式萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)測(cè)量試樣的拉伸強(qiáng)度。

1.3.3 回收料摻量對(duì)聚乳酸沖擊韌性的影響

將含回收料分別為0%、10%、25%、50%、100%的聚乳酸塑料用沖擊試樣模具制成沖擊試樣，注膠方式分別采用試樣一邊單澆口澆注、試樣中間單澆口和試樣兩邊雙澆口同時(shí)澆注3種方式。制成試樣后用指針式懸臂梁沖擊試驗(yàn)機(jī)測(cè)量試樣的沖擊韌性。

2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論

本研究中各個(gè)實(shí)驗(yàn)均取10個(gè)試樣進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，得到數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)處理取平均值作為實(shí)驗(yàn)結(jié)果，各實(shí)驗(yàn)結(jié)果如下。

2.1 回收料摻量對(duì)聚乳酸流動(dòng)性的影響

不同回收料摻量的聚乳酸螺旋試片質(zhì)量和長(zhǎng)度的變化如圖2所示。熔體流動(dòng)長(zhǎng)度的測(cè)量始點(diǎn)為試件有效長(zhǎng)度的起點(diǎn)，終點(diǎn)為熔體完全充滿測(cè)試模具型腔的最遠(yuǎn)點(diǎn)，測(cè)量基準(zhǔn)為試件的中線［9］。

圖2 聚乳酸回收料不同摻量螺旋試樣的長(zhǎng)度和質(zhì)量Fig.2 The length and quality of screw sample with different PLA recycling material proportion

從圖2中可以看出，隨著聚乳酸回收料摻量的增加，螺旋試樣的質(zhì)量和長(zhǎng)度都不斷增加，從而可以得出，聚乳酸回收料的添加有利于增加其流動(dòng)性。

2.2 回收料摻量對(duì)聚乳酸抗拉強(qiáng)度的影響

不同回收料摻量的聚乳酸試樣抗拉強(qiáng)度如圖3所示。從圖3中可以看出，隨著回收料摻量的增加，聚乳酸的抗拉強(qiáng)度均有下降的趨勢(shì)，并且單澆口進(jìn)膠的抗拉強(qiáng)度均大于雙澆口的抗拉強(qiáng)度，單澆口進(jìn)膠的試樣在回收料摻量大于50%時(shí)抗拉強(qiáng)度才出現(xiàn)大幅下降的趨勢(shì)，而雙邊澆口同時(shí)進(jìn)膠的試樣在回收料摻量大于25%時(shí)抗拉強(qiáng)度就大幅下降。分析原因是雙澆口進(jìn)膠使試樣產(chǎn)生了熔接痕，從而使試樣的抗拉強(qiáng)度降低。

圖3 聚乳酸回收料不同摻量的抗拉強(qiáng)度Fig.3 The ensile strength of PLA sample with different recycling material proportion

2.3 回收料摻量對(duì)聚乳酸沖擊韌性的影響

不同回收料摻量的聚乳酸試樣沖擊韌度如圖4所示。從圖4中可以看出，隨著回收料量的增加，聚乳酸試樣的沖擊韌度都有下降的趨勢(shì)，其中一邊進(jìn)膠的沖擊韌度最大，中間進(jìn)膠的沖擊韌度最小，主要原因是中間進(jìn)膠產(chǎn)生的澆口和雙邊進(jìn)膠產(chǎn)生的熔接痕影響了試樣的沖擊韌度。同時(shí)也可以看出，3種進(jìn)膠方式中，回收料摻量引起沖擊韌度下降的趨勢(shì)是接近一致的，這說(shuō)明在相同進(jìn)膠方式的情況下，回收料摻量的多少仍然是影響塑件沖擊韌性的重要原因。

圖4 聚乳酸回收料不同摻量的沖擊韌度Fig.4 The impact toughness of PLA sample with different recycling material proportion

從以上實(shí)驗(yàn)結(jié)果可以得出，回收料的添加有利于增加聚乳酸的流動(dòng)性，但會(huì)影響聚乳酸的機(jī)械性能，分析原因是高分子塑料在注射成型時(shí)，注射機(jī)螺桿的轉(zhuǎn)動(dòng)會(huì)打斷高分子塑料的分子鏈，從而使塑料分子鏈變短，分子鏈間的鍵能變小，使得塑料的流動(dòng)性變好，成型塑件的機(jī)械性能變差。

3 結(jié)論

隨著回收料摻量的增大，聚乳酸的流動(dòng)性逐漸增加，抗拉強(qiáng)度和沖擊韌性都逐漸降低；單澆口進(jìn)膠和雙澆口進(jìn)膠聚乳酸抗拉強(qiáng)度分別在回收料為25%和50%處出現(xiàn)急劇下降的趨勢(shì)。單澆口進(jìn)膠的聚乳酸試樣沖擊韌性最好，中間進(jìn)膠的試樣沖擊韌性最差。

［1]李曹，王遠(yuǎn)亮.聚乳酸制備研究進(jìn)展［J］.化學(xué)推進(jìn)劑與高分子材料，2002（2）： 6-10.

［2]于萌萌，陳厚，崔亨利，等.新型高吸油性樹脂材料研究進(jìn)展［J］.魯東大學(xué)學(xué)報(bào)：自然科學(xué)版，2008，24（4）：340-345.

［3]高琨.PET回收料的改性研究［D］.北京：北京工商大學(xué)，2010.

［4]沈子金. 測(cè)試塑料流動(dòng)性標(biāo)準(zhǔn)的注射模［J］.模具通訊，1981（4）：29-30.

［5]劉友成.熱塑性塑料流動(dòng)性測(cè)定螺旋線長(zhǎng)度實(shí)驗(yàn)法仿真［J］.制造業(yè)自動(dòng)化，2014（1）：152-153.

［6]廖秋慧，曹陽(yáng)根.熱塑性塑料流動(dòng)性能測(cè)定方法的研究［J］.工程塑料應(yīng)用，2004，32（3）：56-58.

［7]宋亞男.聚乳酸基復(fù)合材料的性能與結(jié)構(gòu)研究［D］.大連：大連理工大學(xué)，2013.

［8]吳宏武.液壓脈動(dòng)注射成型生物降解塑料聚乳酸的研究［D］.廣州：華南理工大學(xué)，2009.

［9]王道宏，姜炳炎，申瑞霞，鄧益善.注射成型螺旋模具中熔體流動(dòng)比［J］.中南大學(xué)學(xué)報(bào)：自然科學(xué)版，2008，39（6）：1251-1256.

Study on Dosage of Recycling Material Impact on Performance of PLA

YAN Li-jing
（Department of Electromechanical Engineering， Guangdong University of Science & Technology， Dongguan 523083， China）

Because of its good mechanical properties and biodegradability， poly lactic acid （PLA） had a wide range of applications. The impact of dosage of recycling material on PLA’s fluidity， tensile strength and impact toughness， was studied. The results showed that the addition of recycled material was beneficial to improve the mobility of PLA， but it could decrease the tensile strength and impact toughness.

poly lactic acid（PLA）； recycling material； melt fluidity； tensile strength； impact toughness

TH 145.4

A

1671-9905（2016）06-0027-03

廣東科技學(xué)院2015年度院級(jí)科研一般項(xiàng)目（項(xiàng)目編號(hào)：GKY-2015KYYB-2）

閆麗靜（1980-），女，河南獲嘉縣人，碩士，講師，主要從事材料類技術(shù)研究。電話：15920242203，E-mail：82229023@qq.com

2016-03-29