回收料的掺量对聚乳酸性能影响研究

闫丽静

回收料的掺量对聚乳酸性能影响研究

闫丽静

（广东科技学院机电工程系，广东 东莞 523083）

聚乳酸因具有良好的机械性和生物降解性等优点，应用范围越来越广泛。文章研究了聚乳酸回收料掺量对其流动性、抗拉强度、冲击韧性的影响。研究结果表明，回收料的添加有利于提高聚乳酸的流动性，但是会降低其抗拉强度和冲击韧性。

聚乳酸；回收料；流动性；抗拉强度；冲击韧性

聚乳酸（Poly Lactic Acid，PLA）是由玉米、马铃薯、小麦等可再生植物资源中提取的淀粉在酶催化作用下分解成葡萄糖，葡萄糖经过乳酸菌发酵成为乳酸，再经由化学合成的一种热塑性生物降解高分子［1］。聚乳酸废弃后在自然环境中可分解成二氧化碳和水，随后在光合作用下又可以成为淀粉的原始材料，不污染环境，是公认的环境友好材料。聚乳酸具有良好的机械性能和可塑性，广泛应用于生活、工农业、服装、医学等领域，但是聚乳酸价格贵、降解速度慢［2］等缺点限制了它的广泛应用。再生资源回收利用是发展循环经济的必然选择，如何合理利用回收料已经成为世界热门的研究方向之一［3］。本文主要研究回收料掺量对聚乳酸流动性和机械性能的影响，以促进聚乳酸回收料的合理利用，从而降低其成本，加快其生产实现工业化的步伐。

1 试验材料与方法

1.1 试验材料

聚乳酸：型号PLA1323，密度1.24g·cm-3，熔融指数10～30g·（10min）-1（190℃），熔点145～155℃。

试验试样：分别使用阿基米德螺旋线法、拉伸试验、冲击试验研究回收料掺量对聚乳酸流动性、抗拉强度和冲击韧性的影响。考虑阿基米德螺旋线加工比较困难，故采用平面螺纹试样［4-6］，横截面为半圆，直径为3mm。试样如图1所示。

图1 实验试样Fig.1 The experimental samples of PLA

3种试样均采用注塑成型。螺旋试样采用中心进胶，拉伸试验分别采用单边进胶和双边进胶2种方式制作，冲击试验分别采用单边进胶、双边进胶和中间进胶3种方式制作。注塑工艺参数如表1所示。

表1 螺旋试样注射成型工艺参数［7-8］Tab.1 Injection molding process parameters of screw sample

1.2 试验设备

WDW-100D，微控电子万能试验机，JM88C/ES，卧式曲肘注塑机，指针式悬臂梁冲击试验机。

1.3 试验方法

1.3.1 回收料掺量对聚乳酸流动性的影响

将含回收料分别为0%、10%、25%、50%、100%的聚乳酸塑料在螺旋模具中成型，通过测试螺旋试样的质量和长度，研究不同比例回收料掺量对聚乳酸流动性的影响。

1.3.2 回收料掺量对聚乳酸抗拉强度的影响

将含回收料分别为0%、10%、25%、50%、100%的聚乳酸塑料用拉伸试样模具制成拉伸试样，其中注胶方式采用试样一边单浇口浇注和试样两边双浇口同时浇注两种方式。制成试样后用微机控制电子式万能试验机测量试样的拉伸强度。

1.3.3 回收料掺量对聚乳酸冲击韧性的影响

将含回收料分别为0%、10%、25%、50%、100%的聚乳酸塑料用冲击试样模具制成冲击试样，注胶方式分别采用试样一边单浇口浇注、试样中间单浇口和试样两边双浇口同时浇注3种方式。制成试样后用指针式悬臂梁冲击试验机测量试样的冲击韧性。

2 实验结果与讨论

本研究中各个实验均取10个试样进行实验，得到数据经过处理取平均值作为实验结果，各实验结果如下。

2.1 回收料掺量对聚乳酸流动性的影响

不同回收料掺量的聚乳酸螺旋试片质量和长度的变化如图2所示。熔体流动长度的测量始点为试件有效长度的起点，终点为熔体完全充满测试模具型腔的最远点，测量基准为试件的中线［9］。

图2 聚乳酸回收料不同掺量螺旋试样的长度和质量Fig.2 The length and quality of screw sample with different PLA recycling material proportion

从图2中可以看出，随着聚乳酸回收料掺量的增加，螺旋试样的质量和长度都不断增加，从而可以得出，聚乳酸回收料的添加有利于增加其流动性。

2.2 回收料掺量对聚乳酸抗拉强度的影响

不同回收料掺量的聚乳酸试样抗拉强度如图3所示。从图3中可以看出，随着回收料掺量的增加，聚乳酸的抗拉强度均有下降的趋势，并且单浇口进胶的抗拉强度均大于双浇口的抗拉强度，单浇口进胶的试样在回收料掺量大于50%时抗拉强度才出现大幅下降的趋势，而双边浇口同时进胶的试样在回收料掺量大于25%时抗拉强度就大幅下降。分析原因是双浇口进胶使试样产生了熔接痕，从而使试样的抗拉强度降低。

图3 聚乳酸回收料不同掺量的抗拉强度Fig.3 The ensile strength of PLA sample with different recycling material proportion

2.3 回收料掺量对聚乳酸冲击韧性的影响

不同回收料掺量的聚乳酸试样冲击韧度如图4所示。从图4中可以看出，随着回收料量的增加，聚乳酸试样的冲击韧度都有下降的趋势，其中一边进胶的冲击韧度最大，中间进胶的冲击韧度最小，主要原因是中间进胶产生的浇口和双边进胶产生的熔接痕影响了试样的冲击韧度。同时也可以看出，3种进胶方式中，回收料掺量引起冲击韧度下降的趋势是接近一致的，这说明在相同进胶方式的情况下，回收料掺量的多少仍然是影响塑件冲击韧性的重要原因。

图4 聚乳酸回收料不同掺量的冲击韧度Fig.4 The impact toughness of PLA sample with different recycling material proportion

从以上实验结果可以得出，回收料的添加有利于增加聚乳酸的流动性，但会影响聚乳酸的机械性能，分析原因是高分子塑料在注射成型时，注射机螺杆的转动会打断高分子塑料的分子链，从而使塑料分子链变短，分子链间的键能变小，使得塑料的流动性变好，成型塑件的机械性能变差。

3 结论

随着回收料掺量的增大，聚乳酸的流动性逐渐增加，抗拉强度和冲击韧性都逐渐降低；单浇口进胶和双浇口进胶聚乳酸抗拉强度分别在回收料为25%和50%处出现急剧下降的趋势。单浇口进胶的聚乳酸试样冲击韧性最好，中间进胶的试样冲击韧性最差。

［1]李曹，王远亮.聚乳酸制备研究进展［J］.化学推进剂与高分子材料，2002（2）： 6-10.

［2]于萌萌，陈厚，崔亨利，等.新型高吸油性树脂材料研究进展［J］.鲁东大学学报：自然科学版，2008，24（4）：340-345.

［3]高琨.PET回收料的改性研究［D］.北京：北京工商大学，2010.

［4]沈子金. 测试塑料流动性标准的注射模［J］.模具通讯，1981（4）：29-30.

［5]刘友成.热塑性塑料流动性测定螺旋线长度实验法仿真［J］.制造业自动化，2014（1）：152-153.

［6]廖秋慧，曹阳根.热塑性塑料流动性能测定方法的研究［J］.工程塑料应用，2004，32（3）：56-58.

［7]宋亚男.聚乳酸基复合材料的性能与结构研究［D］.大连：大连理工大学，2013.

［8]吴宏武.液压脉动注射成型生物降解塑料聚乳酸的研究［D］.广州：华南理工大学，2009.

［9]王道宏，姜炳炎，申瑞霞，邓益善.注射成型螺旋模具中熔体流动比［J］.中南大学学报：自然科学版，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

广东科技学院2015年度院级科研一般项目（项目编号：GKY-2015KYYB-2）

闫丽静（1980-），女，河南获嘉县人，硕士，讲师，主要从事材料类技术研究。电话：15920242203，E-mail：82229023@qq.com

2016-03-29