CN115558260B - 一种pa56复合线增强pla基生物可降解复合材料及其制备方法 - Google Patents

一种pa56复合线增强pla基生物可降解复合材料及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种PA56复合线增强PLA基生物可降解复合材料及其制备方法，按重量份数计，PA56复合线增强PLA基生物可降解复合材料包括8~25份复合线增强体和100~152份PCL改性PLA基体；制备方法包括：（1）制备复合线；（2）切短或者织造；（3）等离子体处理；（4）制备PCL改性PLA纳米球；（5）在模具内从下到上按照聚酰亚胺膜、PCL改性PLA纳米球、复合线增强体、PCL改性PLA纳米球、聚酰亚胺膜的顺序铺层，进行热压制得所述复合材料。本发明的制备方法工艺流程简单，制备的PA56复合线增强PLA基生物可降解复合材料具有高拉伸强度、高模量等良好的力学性能，应用范围广泛。

Description

一种PA56复合线增强PLA基生物可降解复合材料及其制备 方法
技术领域
本发明属于织物增强复合材料技术领域，涉及一种PA56复合线增强PLA基生物可降解复合材料及其制备方法。
背景技术
纤维增强复合材料具有优异的力学性能，能够实现轻质、高性能结构的制造，是目前研究和应用最多的一种复合材料。从资源和环境的角度来说，由于目前大多数的纤维增强复合材料是不能自然降解的，会对环境产生负面的影响，因此可生物降解的复合材料形成了一个新的备受研究者关注的研究方向。
可生物降解纤维增强复合材料要求其纤维增强体和树脂基体都能够生物降解。生物基聚酰胺56（PA56）是由戊二胺和己二酸聚合而成，其中戊二胺是采用生物法制取得到的，在PA56聚合物中，生物基占41%，可减少生产过程排放的温室气体，节约石油资源，环境效益相当可观。凯赛生物在淀粉分解酶技术方面取得了突破，破了国外市场对二元胺垄断的局面，使得生物基PA56纤维的价格降低，产量增多。生物基PA56纤维具有质轻、良好的阻燃性、良好的耐磨性、良好的断裂伸长度，较好的断裂强度及模量，较好的生物可降解性等优点。生物基聚酰胺56纤维在工程塑料行业也有很大的发展空间，可应用于汽车工业、电子产品、高铁和齿轮等。目前，主要作为衣服原料使用，在织物复合材料上的应用相对较少。
聚乳酸(PLA)是一种具有潜力和应用价值的可降解高分子合成类材料，具有生物可降解性，可靠的生物安全性和环境友好性等优点，广泛用作增强类复合材料的基体。然而，聚乳酸也存在脆性强等缺点，阻碍了其发展。因此，对聚乳酸进行增韧改性成为该领域的研究重点。常见的聚乳酸改性的方法有共聚、共混、交联和复合改性等，其中，共混相对于其他工艺更为简单和经济，被广泛应用。在PLA的共混改性中，专利CN202110122543.0采用熔融共混法，挤出成型，冷却，风干，切粒，然而此方法无法用于制备织物增强复合材料。聚己内酯(PCL)作为一种可完全生物降解的半结晶型聚酯，具有可降解性，韧性好，断裂伸长率大，玻璃化转变温度低，很好的柔韧性和热稳定性等优点，因此可用来与PLA共混以改善PLA的脆性。在制备技术上，目前研究多使用二氯甲烷溶剂将PLA和PCL进行溶解混合，配置成粘稠状的溶液，再与织物增强体进行复合的步骤，无法控制织物浸润到的PLA和PCL的量，为达到统一的标准，需要多次浸润到统一标准，操作复杂。
因此，研究一种以生物基PA56织物作为增强体与PLA进行复合增强制备具有优异性能的可降解复合材料的简单易行的方法具有十分重要的意义。
发明内容
本发明的目的是解决现有技术中存在的上述问题，提供一种PA56复合线增强PLA基生物可降解复合材料及其制备方法。
为达到上述目的，本发明采用的技术方案如下：
一种PA56复合线增强PLA基生物可降解复合材料，按重量份数计，包括8~25份复合线增强体和100~152份PCL改性PLA基体；
所述复合线增强体为等离子体处理后的短纱或机织物，所述短纱是由PA56长丝与PLA长丝所制备的复合线切短后得到，所述机织物是由PA56长丝与PLA长丝所制备的复合线织造而成；
所述PCL改性PLA基体为PCL和PLA的共混物，且PCL均匀分布在PLA中。
作为优选的技术方案：
如上所述的一种PA56复合线增强PLA基生物可降解复合材料，所述复合材料的拉伸强度为30.21~65.77 MPa，冲击强度为25.30~63.25 KJ/m2，拉伸强度和冲击强度与纯的PLA基体相比，分别增加10~43.8%和15~52.23%，所述复合材料的增强体中的PA56，其中生物基含量达到40%以上，按照GBT 19277.1-2011标准测得的所述复合材料的生物分解率为84.62~92.56%。
如上所述的一种PA56复合线增强PLA基生物可降解复合材料，所述短纱的长度为4~6 cm，所述机织物的组织结构为二维结构（如平纹结构）或三维结构（如五层角连锁结构、五层正交结构），三维结构织物的织造是在传统织机上完成的，对传统织机进行简易的改造，添加一根经轴来绑垂纱并调整张力。
如上所述的一种PA56复合线增强PLA基生物可降解复合材料，当所述机织物的组织结构为二维结构时，所述机织物的经密为100~120根/10 cm，纬密为80~100根/10 cm；
当所述机织物的组织结构为三维结构时，所述机织物的经密为200~240根/10 cm，纬密为160~200根/10 cm。
本发明还提供如上所述的一种PA56复合线增强PLA基生物可降解复合材料的制备方法，包括如下步骤：
（1）制备复合线：以生物基PA56长丝作为芯纱，以PLA长丝作为包缠纱，制备复合线；为便于机织物的织造和提高机织物的强力，增加复合材料增强体和基体的结合力，提高纱线的可织性，将生物基PA56长丝与PLA长丝制成复合线，将其作为上机时的经纱与纬纱。经过研究发现，如若不对纱线进行处理直接上机织造，会出现纱线散开的现象，影响开口的大小，容易导致断经或者打纬不到位等问题，影响机织物成品的质量。选择通过包缠设备将生物基PA56长丝与PLA长丝进行包缠，从而提升纱线的集束性，增强纱线的可织性。经过包缠处理后，纱线的条干得到了很好的改善，减少织造过程中出现的开口不清晰等问题。复合线制备工艺流程为：纱线检验→包缠→定型→倒筒；
（2）切短或者织造：将步骤（1）中制得的复合线切短成短纱或织造成机织物；
（3）等离子体处理：将步骤（2）中制得的短纱或机织物进行预处理，之后再进行等离子体处理得到复合线增强体；
（4）制备PCL改性PLA纳米球：将PLA母粒与PCL母粒混合后加入到有机溶剂中，进行超声分散处理，使得油相彻底混合均匀，然后将溶胀后的混合液以3~20 mL/min的速度滴加到去离子水中，搅拌后放置10~12 h使有机溶剂完全挥发，得到悬浊液，最后对悬浊液进行冷冻干燥（具体是将悬浊液在真空压力为20 Pa、温度为-30~-20℃的条件下进行冷冻干燥30 min~1 h）即得到PCL改性PLA纳米球；
PLA母粒与PCL母粒的质量比为93~97:3~7；由于PCL是非结晶性共聚物，当其占比比较少时，细小颗粒的PCL能够均匀分散在共混基体中，PCL起到弹性体的作用，使其在受力过程中PLA/PCL共混基体可以获得更突出的性能。但当PCL的添加量超过7%时，随着PCL含量的逐渐增加，PLA/PCL共混基体的拉伸强度和冲击强度都有明显减小，这主要是PCL分散相的尺寸增大，周围出现空隙的粒子数增多，表明PCL与PLA基体的相容性变差，引起应力集中效应，致使PLA/PCL共混基体更易出现破坏；
PCL改性PLA纳米球的平均粒径为50~500 nm；
（5）材料复合：为保证复合材料成品易于脱模和清洁无污染，在预制件的上下都要放上耐高温的聚酰亚胺膜。从下到上依次在模具内先垫一层聚酰亚胺膜，再在聚酰亚胺膜上放置PCL改性PLA纳米球，接着再铺放复合线增强体，再在复合线增强体上放置PCL改性PLA纳米球，最后再铺一层聚酰亚胺膜，使用平板硫化机进行热压制得PA56复合线增强PLA基生物可降解复合材料。
作为优选的技术方案：
如上所述的方法，步骤（1）中芯纱和包缠纱的细度比为2.5~5:1。
如上所述的方法，步骤（3）中所述预处理是指采用无水乙醇对复合线进行处理，预处理的目的是进行表面清洗以去除污渍等的表面杂质，预处理结束用去离子水充分洗涤，烘干；
采用O2或Ar进行等离子体处理，过等离子体处理，可以增大纤维的表面活性和润湿性，改善纤维的界面相容性，等离子体处理的工艺参数如下：
气体流量为0.5~2 L/min，处理功率为1~2 KW，处理时间为1~10 min。
如上所述的方法，步骤（4）中PLA母粒与PCL母粒均经过真空干燥处理，有机溶剂为丙酮和乙醇的混合溶液，乙醇占丙酮的体积百分比为10~30%，超声分散处理的工作频率为35~50 kHz，超声时间为1~2 h。
如上所述的方法，步骤（5）中所述复合材料的厚度为2~5 mm，复合线增强体上下两侧放置的PCL改性PLA纳米球的质量相等，各层的厚度是依据重量比例进行分配的，根据织物增强体的重量计算出PCL改性PLA基体的重量，将基体等量分成两份，铺放在织物增强体的上下两侧。
如上所述的方法，步骤（5）中热压时间为10~20 min，热压压力为4.5~5.5 MPa，热压温度为160~190 ℃。
本发明的机理是：
本发明利用生物基PA56长丝和PLA长丝包缠处理制备成复合线，再将复合线短切形成短纱或者织造成为机织物，对纱线或者机织物进行等离子体处理后作为增强体，短纱或织物的形态使得增强体具有更高的力学性能并能够有效增加生物可降解复合材料中PLA的含量，也可以增加生物基PA56长丝与PLA粘合力。若不对纱线进行处理直接上机织造，会出现纱线散开的现象，影响开口的大小，容易导致断经或者打纬不到位等问题，影响机织物成品的质量。选择通过包缠设备将生物基PA56长丝与PLA长丝进行包缠，从而提升纱线的集束性，增强纱线的可织性。经过包缠处理后，纱线的条干得到了很好的改善，减少织造过程中出现的开口不清晰等问题。等离子体对生物基PA56纤维表面和PLA纤维表面进行刻蚀，使得纤维表面出现了较为明显的沟槽，增大了接触面积。这是因为不稳定的电浆体在电磁场的作用下轰击到纤维表面，通过物理作用剥离了纤维的表层物质，提高了生物基PA56纤维与PLA的界面相容性，从而进一步提高PLA与生物基PA56纤维的结合力；
本发明通过采用PCL对PLA进行改性处理，有效提高了基体的拉伸性能，增加了基体的韧性，扩大了产品的应用范围；将PCL和PLA制备成为纳米球，使得PLA和PCL的比表面积增大，可以更好地混合PCL和PLA，同时增大了PLA与织物增强体的接触面积，再与经等离子体处理的织物增强体进行热压成型，从而得到性能优异的增强复合材料（等离子体处理后的织物增强体表面出现凹槽，使得织物增强体与树脂基体结合更加紧密，界面结合性好；三维结构织物增强复合材料克服了二维层合复合材料层间强度低、易分层等缺点，具有比强度高、比模量高、抗冲击性好等特点）。
有益效果：
（1）本发明的一种PA56复合线增强PLA基生物可降解复合材料，与现有技术所采用的将生物基PA56切片与PLA母粒用熔融挤出的方式而制备的复合材料相比，可制备连续织物增强复合材料，具有高拉伸强度、高模量等良好的力学性能；
（2）本发明的一种PA56复合线增强PLA基生物可降解复合材料，与现有的复合材料相比，具有优异的生物可降解性能，对环境的影响较小，有利于再生循环利用；
（3）本发明的一种PA56复合线增强PLA基生物可降解复合材料，与现有的技术相比，PCL改性PLA制备纳米球，可以有效地增加复合材料增强体和基体的比表面积，有效改善界面结合情况，可得到力学性能更好的生物基PA56纤维增强复合材料；
（4）本发明的一种PA56复合线增强PLA基生物可降解复合材料的制备方法，制备工艺采用模压成型工艺，制备工艺流程简单，应用范围广泛。
附图说明
图1是本发明实施例2、实施例7中组织结构为平纹结构的机织物的经向结构图；
图2是本发明实施例2、实施例7中组织结构为平纹结构的机织物的组织图；
图3是本发明实施例2、实施例7中组织结构为平纹结构的机织物的上机图；
图4是本发明实施例2、实施例7中组织结构为平纹结构的机织物的texgen仿真模型；
图5是本发明实施例3、实施例8中组织结构为五层角联锁结构的机织物的结构图；
图6是本发明实施例3、实施例8中组织结构为五层角联锁结构的机织物的组织图；
图7是本发明实施例3、实施例8中组织结构为五层角联锁结构的机织物的上机图；
图8是本发明实施例3、实施例8中组织结构为五层角联锁结构的texgen仿真模型；
图9是本发明实施例4、实施例9中组织结构为五层正交结构的机织物的结构图；
图10是本发明实施例4、实施例9中组织结构为五层正交结构的机织物的组织图；
图11是本发明实施例4、实施例9中组织结构为五层正交结构的机织物的上机图；
图12是本发明实施例4、实施例9中组织结构为五层正交结构的机织物的texgen仿真模型；
图13本发明实施例1~9中的热轧成型铺放图；
图14是本发明的制备流程图；
其中，1-上盖板，2-聚酰亚胺薄膜，3-PCL改性PLA纳米球，4-复合线增强体，5-下模具，6-垫片。
具体实施方式
下面结合具体实施方式，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。
本发明采用的物质来源如下：
（1）生物基PA56长丝：来源于上海凯赛生物技术股份有限公司；
（2）PLA长丝：来源于绍兴喜能BUXIANGR纺织科技有限公司；
（3）PLA母粒：来源于美国NatureWorks公司，牌号为4032 D；
（4）PCL母粒：来源于瑞典Perstorp公司，牌号为Capa-6800。
本发明采用的平板硫化机的型号为BL109R。
本发明采用的测试方法如下：
（1）纱线细度：采用《GB/T 4743-2009纺织品卷装纱绞纱法线密度的测定》测试纱线的线密度，即细度；
（2）拉伸强度：采用《GBT 1040.3-2006塑料拉伸性能的测试》测试复合材料的拉伸强度；
（3）冲击强度：采用《GB/T 1043-2008塑料简支梁冲击性能的测定》测试复合材料的冲击强度；
（4）生物分解率：采用《GBT 19277.1-2011 受控堆肥条件下材料最终需氧生物分解能力的测定采用测定释放的二氧化碳的方法第1部分：通用方法》测试复合材料的生物分解率。
实施例1
一种PA56复合线增强PLA基生物可降解复合材料的制备方法，如图14所示，包括如下步骤：
（1）制备复合线：以生物基PA56长丝作为芯纱，以PLA长丝作为包缠纱，制备复合线；
其中，生物基PA56长丝的细度为280D，PLA长丝的细度为100D；
（2）切短：将步骤（1）中制得的复合线切短成长度为5cm的短纱；
（3）等离子体处理：采用无水乙醇将步骤（2）中制得的短纱进行表面清洗，以去除污渍等的表面杂质，然后用去离子水充分洗涤，烘干；之后再采用O2进行等离子体处理，得到复合线增强体；
其中，等离子体处理的工艺参数为：气体流量0.5 L/min，处理功率1 KW，处理时间1 min；
（4）制备PCL改性PLA纳米球：将经过真空干燥处理的PLA母粒与PCL母粒混合后加入到丙酮和乙醇的混合溶液（V/V=8/2)中，进行超声分散处理（超声频率为35kHz，时间为1h），使得油相彻底混合均匀，然后将溶胀后的混合液按照20ml/min的速度滴加到去离子水中，搅拌后放置10 h使丙酮和乙醇的混合溶液完全挥发，得到悬浊液，最后对悬浊液进行冷冻干燥（冷冻干燥的真空压力为20 Pa、温度为-25℃，时间为30min），得到平均粒径为350nm的PCL改性PLA纳米球；
其中，PLA母粒与PCL母粒的质量比为97:3；
（5）材料复合：如图13所示，从下到上依次在模具内先垫一层聚酰亚胺膜2、再在聚酰亚胺膜上放置PCL改性PLA纳米球3，接着再铺放复合线增强体4，再在复合线增强体4上放置PCL改性PLA纳米球3，最后再铺一层聚酰亚胺膜2，在最下面的一层聚酰亚胺模2下放置垫片6，合上下模具5和上盖板1，使用平板硫化机进行热压，制得厚度为2.24mm的PA56复合线增强PLA基生物可降解复合材料；
其中，按重量份数计，复合线增强体10份，PCL改性PLA纳米球120份；复合线增强体上下两侧放置的PCL改性PLA纳米球的质量相等；热压压力为5MPa，热压温度为160 ℃，热压时间为15 min；
制得的PA56复合线增强PLA基生物可降解复合材料，包括复合线增强体和PCL改性PLA基体；PCL改性PLA基体为PCL和PLA的共混物，且PCL均匀分布在PLA中；
制得的PA56复合线增强PLA基生物可降解复合材料的拉伸强度为31.2MPa，冲击强度为26.2KJ/m2，生物分解率为84.72%。
实施例2
一种PA56复合线增强PLA基生物可降解复合材料的制备方法，包括如下步骤：
（1）制备复合线：以生物基PA56长丝作为芯纱，以PLA长丝作为包缠纱，制备复合线；
其中，生物基PA56长丝的细度为280D，PLA长丝的细度为100D；
（2）织造：将步骤（1）中制得的复合线按照如图3所示的上机图织造成平纹结构的机织物；
制得的平纹结构的机织物的经密为100根/10 cm，纬密为80根/10 cm；制得的平纹结构的机织物的径向结构如图1所示，其组织图如图2所示，其texgen仿真模型如图4所示；
（3）等离子体处理：采用无水乙醇将步骤（2）中制得的机织物进行表面清洗，以去除污渍等的表面杂质，然后用去离子水充分洗涤，烘干；之后再采用O2进行等离子体处理，得到复合线增强体；
其中，等离子体处理的工艺参数为：气体流量0.5 L/min，处理功率1 KW，处理时间1 min；
（4）制备PCL改性PLA纳米球：将经过真空干燥处理的PLA母粒与PCL母粒混合后加入到丙酮和乙醇的混合溶液（V/V=8/2)中，进行超声分散处理（超声频率为35kHz，时间为1h），使得油相彻底混合均匀，然后将溶胀后的混合液按照20ml/min的速度滴加到去离子水中，搅拌后放置10 h使丙酮和乙醇的混合溶液完全挥发，得到悬浊液，最后对悬浊液进行冷冻干燥（冷冻干燥的真空压力为20 Pa、温度为-25℃，时间为30min），得到平均粒径为350nm的PCL改性PLA纳米球；
其中，PLA母粒与PCL母粒的质量比为96:4；
（5）材料复合：如图13所示，从下到上依次在模具内先垫一层聚酰亚胺膜2、再在聚酰亚胺膜上放置PCL改性PLA纳米球3，接着再铺放复合线增强体4，再在复合线增强体4上放置PCL改性PLA纳米球3，最后再铺一层聚酰亚胺膜2，在最下面的一层聚酰亚胺模2下放置垫片6，合上下模具5和上盖板1，使用平板硫化机进行热压，制得厚度为2.12mm的PA56复合线增强PLA基生物可降解复合材料；
其中，按重量份数计，复合线增强体10份，PCL改性PLA纳米球120份；复合线增强体上下两侧放置的PCL改性PLA纳米球的质量相等；热压压力为5MPa，热压温度为170 ℃，热压时间为15 min；
制得的PA56复合线增强PLA基生物可降解复合材料，包括复合线增强体和PCL改性PLA基体；PCL改性PLA基体为PCL和PLA的共混物，且PCL均匀分布在PLA中；
制得的PA56复合线增强PLA基生物可降解复合材料的拉伸强度为35.46MPa，冲击强度为32.54KJ/m2，生物分解率为85.12%。
实施例3
一种PA56复合线增强PLA基生物可降解复合材料的制备方法，包括如下步骤：
（1）制备复合线：以生物基PA56长丝作为芯纱，以PLA长丝作为包缠纱，制备复合线；
其中，生物基PA56长丝的细度为280D，PLA长丝的细度为100D；
（2）织造：将步骤（1）中制得的复合线按照如图7所示的上机图织造成五层角连锁结构的机织物；
制得的五层角连锁结构的机织物的经密为200根/10 cm，纬密为160根/10 cm；五层角连锁结构的机织物的结构如图5所示，其组织图如图6所示，其texgen仿真模型如图8所示；
（3）等离子体处理：采用无水乙醇将步骤（2）中制得的机织物进行表面清洗，以去除污渍等的表面杂质，然后用去离子水充分洗涤，烘干；之后再采用O2进行等离子体处理，得到复合线增强体；
其中，等离子体处理的工艺参数为：气体流量0.5 L/min，处理功率1 KW，处理时间1 min；
（4）制备PCL改性PLA纳米球：将经过真空干燥处理的PLA母粒与PCL母粒混合后加入到丙酮和乙醇的混合溶液（V/V=8/2)中，进行超声分散处理（超声频率为35kHz，时间为1h），使得油相彻底混合均匀，然后将溶胀后的混合液按照20ml/min的速度滴加到去离子水中，搅拌后放置10 h使丙酮和乙醇的混合溶液完全挥发，得到悬浊液，最后对悬浊液进行冷冻干燥（冷冻干燥的真空压力为20 Pa、温度为-25℃，时间为30min），得到平均粒径为350nm的PCL改性PLA纳米球；
其中，PLA母粒与PCL母粒的质量比为95:5；
（5）材料复合：如图13所示，从下到上依次在模具内先垫一层聚酰亚胺膜2、再在聚酰亚胺膜上放置PCL改性PLA纳米球3，接着再铺放复合线增强体4，再在复合线增强体4上放置PCL改性PLA纳米球3，最后再铺一层聚酰亚胺膜2，在最下面的一层聚酰亚胺模2下放置垫片6，合上下模具5和上盖板1，使用平板硫化机进行热压，制得厚度为2.36mm的PA56复合线增强PLA基生物可降解复合材料；
其中，按重量份数计，复合线增强体10份，PCL改性PLA纳米球120份；复合线增强体上下两侧放置的PCL改性PLA纳米球的质量相等；热压压力为5MPa，热压温度为180 ℃，热压时间为15 min；
制得的PA56复合线增强PLA基生物可降解复合材料，包括复合线增强体和PCL改性PLA基体；PCL改性PLA基体为PCL和PLA的共混物，且PCL均匀分布在PLA中；
制得的PA56复合线增强PLA基生物可降解复合材料的拉伸强度为42.56MPa，冲击强度为45.53KJ/m2，生物分解率为84.95%。
实施例4
一种PA56复合线增强PLA基生物可降解复合材料的制备方法，包括如下步骤：
（1）制备复合线：以生物基PA56长丝作为芯纱，以PLA长丝作为包缠纱，制备复合线；
其中，生物基PA56长丝的细度为280D，PLA长丝的细度为100D；
（2）织造：将步骤（1）中制得的复合线按照如图11所示的上机图织造成五层正交结构的机织物；
制得的五层正交结构的机织物的经密为200根/10 cm，纬密为160根/10 cm；五层正交结构的机织物的结构如图9所示，其组织图如图10所示，其texgen仿真模型如图12所示；
（3）等离子体处理：采用无水乙醇将步骤（2）中制得的机织物进行表面清洗，以去除污渍等的表面杂质，然后用去离子水充分洗涤，烘干；之后再采用O2进行等离子体处理，得到复合线增强体；
其中，等离子体处理的工艺参数为：气体流量0.5 L/min，处理功率1 KW，处理时间1 min；
（4）制备PCL改性PLA纳米球：将经过真空干燥处理的PLA母粒与PCL母粒混合后加入到丙酮和乙醇的混合液（V/V=8/2)中，进行超声分散处理（超声频率为35kHz，时间为1h），使得油相彻底混合均匀，然后将溶胀后的混合液按照20ml/min的速度滴加到去离子水中，搅拌后放置10 h使丙酮和乙醇的混合溶液完全挥发，得到悬浊液，最后对悬浊液进行冷冻干燥（冷冻干燥的真空压力为20 Pa、温度为-25℃，时间为30min），得到平均粒径为350nm的PCL改性PLA纳米球；
其中，PLA母粒与PCL母粒的质量比为94:6；
（5）材料复合：如图13所示，从下到上依次在模具内先垫一层聚酰亚胺膜2、再在聚酰亚胺膜上放置PCL改性PLA纳米球3，接着再铺放复合线增强体4，再在复合线增强体4上放置PCL改性PLA纳米球3，最后再铺一层聚酰亚胺膜2，在最下面的一层聚酰亚胺模2下放置垫片6，合上下模具5和上盖板1，使用平板硫化机进行热压，制得厚度为2.28mm的PA56复合线增强PLA基生物可降解复合材料；
其中，按重量份数计，复合线增强体10份，PCL改性PLA纳米球120份；复合线增强体上下两侧放置的PCL改性PLA纳米球的质量相等；热压压力为5MPa，热压温度为190 ℃，热压时间为15 min；
制得的PA56复合线增强PLA基生物可降解复合材料，包括复合线增强体和PCL改性PLA基体；PCL改性PLA基体为PCL和PLA的共混物，且PCL均匀分布在PLA中；
制得的PA56复合线增强PLA基生物可降解复合材料的拉伸强度为50.24MPa，冲击强度为46.35KJ/m2，生物分解率为84.62%。
实施例5
一种PA56复合线增强PLA基生物可降解复合材料的制备方法，包括如下步骤：
（1）制备复合线：以生物基PA56长丝作为芯纱，以PLA长丝作为包缠纱，制备复合线；
其中，生物基PA56长丝的细度为560D，PLA长丝的细度为150D；
（2）切短：将步骤（1）中制得的复合线切短成长度为4cm的短纱；
（3）等离子体处理：采用无水乙醇将步骤（2）中制得的短纱进行表面清洗，以去除污渍等的表面杂质，然后用去离子水充分洗涤，烘干；之后再采用Ar气进行等离子体处理，得到复合线增强体；
其中，等离子体处理的工艺参数为：气体流量1 L/min，处理功率1.5 KW，处理时间10 min；
（4）制备PCL改性PLA纳米球：将经过真空干燥处理的PLA母粒与PCL母粒混合后加入到丙酮和乙醇的混合溶液（V/V=8/2)中，进行超声分散处理（超声频率为35kHz，时间为1h），使得油相彻底混合均匀，然后将溶胀后的混合液按照20ml/min的速度滴加到去离子水中，搅拌后放置10 h使丙酮和乙醇的混合溶液完全挥发，得到悬浊液，最后对悬浊液进行冷冻干燥（冷冻干燥的真空压力为20 Pa、温度为-20℃，时间为30min），得到平均粒径为500nm的PCL改性PLA纳米球；
其中，PLA母粒与PCL母粒的质量比为95:5；
（5）材料复合：如图13所示，从下到上依次在模具内先垫一层聚酰亚胺膜2、再在聚酰亚胺膜上放置PCL改性PLA纳米球3，接着再铺放复合线增强体4，再在复合线增强体4上放置PCL改性PLA纳米球3，最后再铺一层聚酰亚胺膜2，在最下面的一层聚酰亚胺模2下放置垫片6，合上下模具5和上盖板1，使用平板硫化机进行热压，制得厚度为2.01mm的PA56复合线增强PLA基生物可降解复合材料；
其中，按重量份数计，复合线增强体8份，PCL改性PLA纳米球100份；复合线增强体上下两侧放置的PCL改性PLA纳米球的质量相等；热压压力为4.5MPa，热压温度为190 ℃，热压时间为10 min；
制得的PA56复合线增强PLA基生物可降解复合材料，包括复合线增强体和PCL改性PLA基体；PCL改性PLA基体为PCL和PLA的共混物，且PCL均匀分布在PLA中；
制得的PA56复合线增强PLA基生物可降解复合材料的拉伸强度为30.21MPa，冲击强度为25.3KJ/m2，生物分解率为92.56%。
实施例6
一种PA56复合线增强PLA基生物可降解复合材料的制备方法，包括如下步骤：
（1）制备复合线：以生物基PA56长丝作为芯纱，以PLA长丝作为包缠纱，制备复合线；
其中，生物基PA56长丝的细度为560D，PLA长丝的细度为150D；
（2）切短：将步骤（1）中制得的复合线切短成长度为6cm的短纱；
（3）等离子体处理：采用无水乙醇将步骤（2）中制得的短纱进行表面清洗，以去除污渍等的表面杂质，然后用去离子水充分洗涤，烘干；之后再采用Ar气进行等离子体处理，得到复合线增强体；
其中，等离子体处理的工艺参数为：气体流量2 L/min，处理功率2 KW，处理时间10min；
（4）制备PCL改性PLA纳米球：将经过真空干燥处理的PLA母粒与PCL母粒混合后加入到丙酮和乙醇的混合溶液（V/V=7/3)中，进行超声分散处理（超声频率为40kHz，时间为1.5h），使得油相彻底混合均匀，然后将溶胀后的混合液按照10ml/min的速度滴加到去离子水中，搅拌后放置12 h使丙酮和乙醇的混合溶液完全挥发，得到悬浊液，最后对悬浊液进行冷冻干燥（冷冻干燥的真空压力为20 Pa、温度为-30℃，时间为40min），得到平均粒径为300nm的PCL改性PLA纳米球；
其中，PLA母粒与PCL母粒的质量比为95:5；
（5）材料复合：如图13所示，从下到上依次在模具内先垫一层聚酰亚胺膜2、再在聚酰亚胺膜上放置PCL改性PLA纳米球3，接着再铺放复合线增强体4，再在复合线增强体4上放置PCL改性PLA纳米球3，最后再铺一层聚酰亚胺膜2，在最下面的一层聚酰亚胺模2下放置垫片6，合上下模具5和上盖板1，使用平板硫化机进行热压，制得厚度为4.62mm的PA56复合线增强PLA基生物可降解复合材料；
其中，按重量份数计，复合线增强体25份，PCL改性PLA纳米球152份；复合线增强体上下两侧放置的PCL改性PLA纳米球的质量相等；热压压力为5.5MPa，热压温度为190 ℃，热压时间为20 min；
制得的PA56复合线增强PLA基生物可降解复合材料，包括复合线增强体和PCL改性PLA基体；PCL改性PLA基体为PCL和PLA的共混物，且PCL均匀分布在PLA中；
制得的PA56复合线增强PLA基生物可降解复合材料的拉伸强度为35.22MPa，冲击强度为32.45KJ/m2，生物分解率为84.91%。
实施例7
一种PA56复合线增强PLA基生物可降解复合材料的制备方法，包括如下步骤：
（1）制备复合线：以生物基PA56长丝作为芯纱，以PLA长丝作为包缠纱，制备复合线；
其中，生物基PA56长丝的细度为560D，PLA长丝的细度为150D；
（2）织造：将步骤（1）中制得的复合线按照如图3所示的上机图织造成平纹结构的机织物；
制得的平纹结构的机织物的经密为120根/10 cm，纬密为100根/10 cm；平纹结构的机织物的径向结构如图1所示，其组织图如图2所示，其texgen仿真模型如图4所示；
（3）等离子体处理：采用无水乙醇将步骤（2）中制得的机织物进行表面清洗，以去除污渍等的表面杂质，然后用去离子水充分洗涤，烘干；之后再采用Ar气进行等离子体处理，得到复合线增强体；
其中，等离子体处理的工艺参数为：气体流量1 L/min，处理功率1.5 KW，处理时间6 min；
（4）制备PCL改性PLA纳米球：将经过真空干燥处理的PLA母粒与PCL母粒混合后加入到丙酮和乙醇的混合溶液（V/V=7/3)中，进行超声分散处理（超声频率为50kHz，时间为2h），使得油相彻底混合均匀，然后将溶胀后的混合液按照10ml/min的速度滴加到去离子水中，搅拌后放置11 h使丙酮和乙醇的混合溶液完全挥发，得到悬浊液，最后对悬浊液进行冷冻干燥（冷冻干燥的真空压力为20 Pa、温度为-22℃，时间为45min），得到平均粒径为200nm的PCL改性PLA纳米球；
其中，PLA母粒与PCL母粒的质量比为95:5；
（5）材料复合：如图13所示，从下到上依次在模具内先垫一层聚酰亚胺膜2、再在聚酰亚胺膜上放置PCL改性PLA纳米球3，接着再铺放复合线增强体4，再在复合线增强体4上放置PCL改性PLA纳米球3，最后再铺一层聚酰亚胺膜2，在最下面的一层聚酰亚胺模2下放置垫片6，合上下模具5和上盖板1，使用平板硫化机进行热压，制得厚度为3.32mm的PA56复合线增强PLA基生物可降解复合材料；
其中，按重量份数计，复合线增强体24份，PCL改性PLA纳米球150份；复合线增强体上下两侧放置的PCL改性PLA纳米球的质量相等；热压压力为5MPa，热压温度为180 ℃，热压时间为15 min；
制得的PA56复合线增强PLA基生物可降解复合材料，包括复合线增强体和PCL改性PLA基体；PCL改性PLA基体为PCL和PLA的共混物，且PCL均匀分布在PLA中；
制得的PA56复合线增强PLA基生物可降解复合材料的拉伸强度为42.15MPa，冲击强度为39.56KJ/m2，生物分解率为85.24%。
实施例8
一种PA56复合线增强PLA基生物可降解复合材料的制备方法，包括如下步骤：
（1）制备复合线：以生物基PA56长丝作为芯纱，以PLA长丝作为包缠纱，制备复合线；
其中，生物基PA56长丝的细度为560D，PLA长丝的细度为150D；
（2）织造：将步骤（1）中制得的复合线按照如图7所示的上机图织造成五层角连锁结构的机织物；
制得的五层角连锁结构的机织物的经密为240根/10 cm，纬密为200根/10 cm；五层角连锁结构的机织物的结构如图5所示，其组织图如图6所示，其texgen仿真模型如图8所示；
（3）等离子体处理：采用无水乙醇将步骤（2）中制得的机织物进行表面清洗，以去除污渍等的表面杂质，然后用去离子水充分洗涤，烘干；之后再采用Ar气进行等离子体处理，得到复合线增强体；
其中，等离子体处理的工艺参数为：气体流量1 L/min，处理功率1.5 KW，处理时间6 min；
（4）制备PCL改性PLA纳米球：将经过真空干燥处理的PLA母粒与PCL母粒混合后加入到丙酮和乙醇的混合溶液（V/V=7/3)中，进行超声分散处理（超声频率为50kHz，时间为1.5h），使得油相彻底混合均匀，然后将溶胀后的混合液按照5ml/min的速度滴加到去离子水中，搅拌后放置11 h使丙酮和乙醇的混合溶液完全挥发，得到悬浊液，最后对悬浊液进行冷冻干燥（冷冻干燥的真空压力为20 Pa、温度为-25℃，时间为50min），得到平均粒径为150nm的PCL改性PLA纳米球；
其中，PLA母粒与PCL母粒的质量比为95:5；
（5）材料复合：如图13所示，从下到上依次在模具内先垫一层聚酰亚胺膜2、再在聚酰亚胺膜上放置PCL改性PLA纳米球3，接着再铺放复合线增强体4，再在复合线增强体4上放置PCL改性PLA纳米球3，最后再铺一层聚酰亚胺膜2，在最下面的一层聚酰亚胺模2下放置垫片6，合上下模具5和上盖板1，使用平板硫化机进行热压，制得厚度为3.56mm的PA56复合线增强PLA基生物可降解复合材料；
其中，按重量份数计，复合线增强体24份，PCL改性PLA纳米球150份；复合线增强体上下两侧放置的PCL改性PLA纳米球的质量相等；热压压力为5MPa，热压温度为180 ℃，热压时间为15 min；
制得的PA56复合线增强PLA基生物可降解复合材料，包括复合线增强体和PCL改性PLA基体；PCL改性PLA基体为PCL和PLA的共混物，且PCL均匀分布在PLA中；
制得的PA56复合线增强PLA基生物可降解复合材料的拉伸强度为60.52MPa，冲击强度为62.42KJ/m2，生物分解率为85.71%。
实施例9
一种PA56复合线增强PLA基生物可降解复合材料的制备方法，包括如下步骤：
（1）制备复合线：以生物基PA56长丝作为芯纱，以PLA长丝作为包缠纱，制备复合线；
其中，生物基PA56长丝的细度为560D，PLA长丝的细度为150D；
（2）织造：将步骤（1）中制得的复合线按照如图11所示的上机图织造成五层正交结构的机织物；
制得的五层正交结构的机织物的经密为240根/10 cm，纬密为200根/10 cm；五层正交结构的机织物的结构如图9所示，其组织图如图10所示，其texgen仿真模型如图12所示；
（3）等离子体处理：采用无水乙醇将步骤（2）中制得的机织物进行表面清洗，以去除污渍等的表面杂质，然后用去离子水充分洗涤，烘干；之后再采用Ar气进行等离子体处理，得到复合线增强体；
其中，等离子体处理的工艺参数为：气体流量1 L/min，处理功率1.5 KW，处理时间6 min；
（4）制备PCL改性PLA纳米球：将经过真空干燥处理的PLA母粒与PCL母粒混合后加入到丙酮和乙醇的混合溶液（V/V=7/3)中，进行超声分散处理（超声频率为50kHz，时间为2h），使得油相彻底混合均匀，然后将溶胀后的混合液按照3ml/min的速度滴加到去离子水中，搅拌后放置11 h使丙酮和乙醇的混合溶液完全挥发，得到悬浊液，最后对悬浊液进行冷冻干燥（冷冻干燥的真空压力为20 Pa、温度为-28℃，时间为60min），得到平均粒径为50nm的PCL改性PLA纳米球；
其中，PLA母粒与PCL母粒的质量比为95:5；
（5）材料复合：如图13所示，从下到上依次在模具内先垫一层聚酰亚胺膜2、再在聚酰亚胺膜上放置PCL改性PLA纳米球3，接着再铺放复合线增强体4，再在复合线增强体4上放置PCL改性PLA纳米球3，最后再铺一层聚酰亚胺膜2，在最下面的一层聚酰亚胺模2下放置垫片6，合上下模具5和上盖板1，使用平板硫化机进行热压，制得厚度为3.42mm的PA56复合线增强PLA基生物可降解复合材料；
其中，按重量份数计，复合线增强体24份，PCL改性PLA纳米球150份；复合线增强体上下两侧放置的PCL改性PLA纳米球的质量相等；热压压力为5MPa，热压温度为180 ℃，热压时间为15 min；
制得的PA56复合线增强PLA基生物可降解复合材料，包括复合线增强体和PCL改性PLA基体；PCL改性PLA基体为PCL和PLA的共混物，且PCL均匀分布在PLA中；
制得的PA56复合线增强PLA基生物可降解复合材料的拉伸强度为65.77MPa，冲击强度为63.25KJ/m2，生物分解率为85.36%。

Claims (10)

1.一种PA56复合线增强PLA基生物可降解复合材料，其特征在于：按重量份数计，包括8~25份复合线增强体和100~152份PCL改性PLA基体；
所述复合线增强体为等离子体处理后的短纱或机织物，所述短纱是由PA56长丝与PLA长丝所制备的复合线切短后得到，所述机织物是由PA56长丝与PLA长丝所制备的复合线织造而成；复合线中以PA56长丝作为芯纱，以PLA长丝作为包缠纱；
所述PCL改性PLA基体为PCL和PLA的共混物，且PCL均匀分布在PLA中；PCL改性PLA基体为PCL改性PLA纳米球；
PCL改性PLA纳米球的制备方法为：将PLA母粒与PCL母粒混合后加入到有机溶剂中，进行超声分散处理，使得油相彻底混合均匀，然后将溶胀后的混合液以3~20 mL/min的速度滴加到去离子水中，搅拌后放置10~12 h使有机溶剂完全挥发，得到悬浊液，最后对悬浊液进行冷冻干燥即得到PCL改性PLA纳米球；PLA母粒与PCL母粒的质量比为93~97:3~7；PCL改性PLA纳米球的平均粒径为50~500 nm。
2.根据权利要求1所述的一种PA56复合线增强PLA基生物可降解复合材料，其特征在于，所述复合材料的拉伸强度为30.21~65.77 MPa，冲击强度为25.30~63.25 KJ/m2，按照GBT 19277.1-2011标准测得的所述复合材料的生物分解率为84.62~92.56%。
3.根据权利要求1所述的一种PA56复合线增强PLA基生物可降解复合材料，其特征在于，所述短纱的长度为4~6 cm，所述机织物的组织结构为二维结构或三维结构。
4.根据权利要求3所述的一种PA56复合线增强PLA基生物可降解复合材料，其特征在于，当所述机织物的组织结构为二维结构时，所述机织物的经密为100~120根/10 cm，纬密为80~100根/10 cm；
当所述机织物的组织结构为三维结构时，所述机织物的经密为200~240根/10 cm，纬密为160~200根/10 cm。
5.如权利要求1~4任一项所述的一种PA56复合线增强PLA基生物可降解复合材料的制备方法，其特征在于包括如下步骤：
（1）制备复合线：以生物基PA56长丝作为芯纱，以PLA长丝作为包缠纱，制备复合线；
（2）切短或者织造：将步骤（1）中制得的复合线切短成短纱或织造成机织物；
（3）等离子体处理：将步骤（2）中制得的短纱或机织物进行预处理，之后再进行等离子体处理得到复合线增强体；
（4）制备PCL改性PLA纳米球：将PLA母粒与PCL母粒混合后加入到有机溶剂中，进行超声分散处理，使得油相彻底混合均匀，然后将溶胀后的混合液以3~20 mL/min的速度滴加到去离子水中，搅拌后放置10~12 h使有机溶剂完全挥发，得到悬浊液，最后对悬浊液进行冷冻干燥即得到PCL改性PLA纳米球；
PLA母粒与PCL母粒的质量比为93~97:3~7；
PCL改性PLA纳米球的平均粒径为50~500 nm；
（5）材料复合：从下到上依次在模具内先垫一层聚酰亚胺膜，再在聚酰亚胺膜上放置PCL改性PLA纳米球，接着再铺放复合线增强体，再在复合线增强体上放置PCL改性PLA纳米球，最后再铺一层聚酰亚胺膜，进行热压制得PA56复合线增强PLA基生物可降解复合材料。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，步骤（1）中芯纱和包缠纱的细度比为2.5~5:1。
7.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，步骤（3）中所述预处理是指采用无水乙醇对复合线进行处理；
采用O2或Ar进行等离子体处理，等离子体处理的工艺参数如下：
气体流量为0.5~2 L/min，处理功率为1~2 KW，处理时间为1~10 min。
8.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，步骤（4）中PLA母粒与PCL母粒均经过真空干燥处理，有机溶剂为丙酮和乙醇的混合溶液，乙醇占丙酮的体积百分比为10~30%，超声分散处理的工作频率为35~50 kHz，超声时间为1~2 h。
9.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，步骤（5）中所述复合材料的厚度为2~5 mm，复合线增强体上下两侧放置的PCL改性PLA纳米球的质量相等。
10.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，步骤（5）中热压时间为10~20 min，热压压力为4.5~5.5 MPa，热压温度为160~190 ℃。
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