在最近发表的《开放式杂志》上发表的论文中聚合物，研究人员探索了源自硼硅酸盐，商业硅酸盐和铁磷酸盐对聚乳酸（PLA）复合材料（PLA）复合材料及其物理和结构特性的各种玻璃纤维（GFS）的影响。
学习：聚乳酸 - 玻璃纤维复合材料：结构，热和电性能。图片来源：PixParts/Shutterstock.com
背景
在过去的十年中，关于使用可再生资源来替代环境危险的合成聚合物的生物聚合物的重要研究。聚乳酸（PLA）是可生物降解的，多功能的，并且完全使用自然资源得出。尽管PLA在性能和生产方面具有多个优势，但其机械特性较差，例如耐热性和耐磨性，限制了其适用性。
在过去的十年中，已经设计了一些具有各种填充剂的PLA复合材料，以解决这些缺点，并产生具有出色生理学特征的环保聚合物。GF由于其最佳耐热性，机械性能，相对较低的成本和简单的生产而吸引人。在制造PLA玻璃复合材料期间，可能会更改几种GF特征，并且需要对结构特性和组成的详细理解才能充分发挥其潜力。
光学显微镜图像（左侧）和（a）pla – wg，（b）pla – ipg，（c）pla – hybg和（d）pla-arg复合材料的铣削纤维（右侧）的长度分布。图片来源：Klaser，T等人，聚合物
关于研究
在这项研究中，团队使用四种GFS合成玻璃复合材料，包括磷酸铁玻璃纤维（IPG）。在实验室，具有40FE组成的GFS2o3-60p2o5在Mol％（IPG）中创建。通过在有机溶剂和GF溶液中的PLA溶解制备PLA玻璃复合材料。
使用衍射仪在室温下获得X射线衍射（XRD）数据。EVA软件用于识别PLA和复合成分。在20至200°C的温度下以10 k/min的加热速率进行热分析。
使用偏振显微镜检查PLA玻璃复合材料的横截面和表面形态，并使用阻抗光谱（IS）评估合成复合材料的电特性。为了确认不同的玻璃类型是否可以改善PLA结晶过程，在210°C下将PLA玻璃复合材料加热10分钟，然后在90°C下退火一个小时。热处理后使用XRD检查退火复合材料。
（a）和（b）第二加热循环中（a）和（b）中的纯PLA和PLA - 玻璃复合材料的DSC曲线。图片来源：Klaser，T等人，聚合物
观察
工业级PLA的XRD衍射图表现出可归因于滑石粉的强衍射线，而方解石杂质叠加在与无定形PLA相关的大光环上。此外，合成的PLA玻璃复合材料的衍射图与PLA相似，表明GFS和PLA都没有结晶。带有热处理的PLA玻璃复合材料在其XRD模式中没有表现出任何新的衍射线，这表明PLA结晶没有使用任何类型的GF启动，并且所有复合材料都继续保持无定形。
热处理后缺乏结晶可以归因于PLA矩阵和GFS之间的松散键。结果，如果实现了PLA和GFS之间的大量相互作用，则可以得出结论，纤维可以在热处理后诱导PLA基质的结晶。此外，扫描电子显微镜（SEM）图像表明，所有复合材料中的GFS均随机分布和定向在PLA矩阵中。
横截面图像显示，所有GF类型都与PLA矩阵形成弱键。在这项研究中，没有改变GF的表面以增强聚合物键相互作用。结果，在这些复合材料中，PLA基质与GFS之间的相互作用略有弱。
在最初的加热运行中，PLA-Glass复合材料的DSC曲线，无论GF类型如何，都表现出与普通PLA的特征极为可比的特征，表明GF的包含不会影响熔融温度或玻璃过渡。这表明所有GFS都可以抑制PLA结晶，这可能是由于GF和PLA矩阵相互作用较弱，成核位点和/或GF量过多，这阻止了大型结晶结构域的发展。
此外，直流电导率测量表明所有PLA玻璃纤维复合材料均表现出Arrhenius行为。也就是说，整个温度范围内的线性温度依赖性。这些结果暗示与纯PLA相比，PLA玻璃纤维复合材料的实质高温稳定性。
（a）PLA – WG复合材料的不同温度下的电导率光谱和（b）所有复合材料的DC电导率图。图片来源：Klaser，T等人，聚合物
结论
总而言之，研究人员证明了具有技术级PLA和不同GF类型的PLA玻璃复合材料的重量比为1：1。与纯PLA相比，这些复合材料表现出优异的热稳定性，机械强度和绝缘质量。
正如Arrhenius行为所暗示的那样，各种GF的包含通过降低电导率来增强绝缘质量，同时还扩大了复合材料的热稳定性范围。根据作者的说法，这些复合材料可能非常适合在需要该材料的原位降解的室内和室外建筑应用中使用。
来源
克拉瑟（T。）Balen，L。；Skoko，Ž。Pavić，L。Šantić，A。乳酸 - 玻璃纤维复合材料：结构，热和电性能。聚合物2022、14、4012。https://www.mdpi.com/2073-4360/14/19/4012
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