碱处理菠萝叶纤维增强PLA复合材料的构效关系：纤维含量与加工诱导效应的影响

《Journal of Natural Fibers》：Structure–Property Relationships in Alkali-Treated Pineapple Leaf Fiber Reinforced PLA Composites: Influence of Fiber Loading and Processing-Induced Effects

　　

可生物降解的天然纤维增强复合材料正日益被探索作为可持续工程材料。研究人员采用双螺杆熔融共混后注塑成型，将未处理(UPF)和碱处理菠萝叶纤维(APF)以5–20 wt.%的比例掺入聚乳酸(PLA)中。碱处理使纤维平均直径从138.8 μm降至92.2 μm，并改变了纤维的化学组成。差示扫描量热法(DSC)显示，纤维的掺入促进了异相成核，而玻璃化转变温度(T_g)仅发生微小变化（54–59 °C）。动态力学分析(DMA)表明刚度提高，其中10UPF复合材料表现出最高的储能模量。拉伸模量增加了超过45%；然而，在较高纤维含量及若干APF复合材料中，拉伸强度和弯曲强度有所下降。孔隙率、吸水率及断口形貌分析显示，在碱处理与加工后出现了孔隙率增加、纤维拔出和界面不连续现象。结果表明，复合材料的性能由纤维特性和加工诱导现象（包括孔隙形成、纤维团聚和纤维损伤）的综合作用所决定，而非仅由碱处理单独决定，从而为注塑成型PF/PLA复合材料的构效关系提供了机理性见解。

为应对石油基材料带来的环境问题，可生物降解天然纤维增强复合材料受到广泛关注。聚乳酸(PLA)是一种可生物降解的脂肪族聚酯，但存在脆性高、耐热性不足等缺点。菠萝叶纤维(PF)因来源丰富、比强度高而成为理想增强体，但其亲水性与疏水性PLA基体之间界面粘合不良。碱处理(mercerization)常用于改善纤维表面，然而以往研究多聚焦于性能提升，对碱处理后未