以高粱、水稻、玉米和大豆这四种秸秆纤维为填充纤维，以聚乳酸(PLA)和聚己二酸/聚对苯二甲酸丁二酯(PBAT)为基体，采用热压成型工艺制备复合材料。
对四种纤维填充复合材料的力学性能和热稳定性进行了研究和评价。复合材料界面质量高，无明显孔洞。其中，大豆秸秆/聚乳酸/PBAT复合材料的界面质量最好。
实验结果表明，大豆秸秆/PLA/PBAT复合材料的拉伸强度、弯曲强度和冲击强度最佳(分别为14.3MPa、19.5MPa和3.23KJ·m-2)，比玉米秸秆/PLA/PBAT复合材料的拉伸强度、弯曲强度和冲击强度分别提高25.3%、14.6%和27.8%。玉米秸秆/PLA/PBAT复合材料的热稳定性最好，初始分解温度为℃，残余量为7.3%。
1、秸秆/PLA/PBAT复合材料的制备
将秸秆粉过筛至目大小，并放入10wt％的NaOH水溶液中12小时。过滤秸秆粉末并将其洗涤至中性后，将其在80°C的烘箱中干燥12小时。用5wt％的硅烷乙醇溶液对秸秆粉末进行改性，并在80℃的烘箱中干燥。
基体比例：PLA（尺寸目）和PBAT（尺寸目）以7：3的比例混合。复合物与植物纤维与基质的比例为7：3。复合材料的特定组成百分比（以干质量计）列于表1。然后将这些材料放入混合机中，均匀混合10分钟。将均匀混合的材料填充到模具中，并在°C和10MPa下热压15分钟。
表1：复合材料成分
2、结果和讨论
（1）物理力学性质
秸秆/PLA/PBAT复合材料的力学性能如图1所示。大豆秸秆/PLA/PBAT复合材料的拉伸强度，弯曲强度和冲击强度均优于其他三种复合材料，达到14.3MPa，分别为19.5MPa和3.2KJ·m-2。
在相同的基质条件下，纤维的强度对复合材料有重要影响。秸秆的机械性能主要取决于纤维素和木质素的含量。纤维素主要提高纤维的强度，而木质素与拉伸强度呈负相关。
在四种秸秆成分中，大豆秸秆纤维的纤维素含量最高（47.8％）。大豆秸秆纤维的强度值最好，可以有效提高复合材料的机械性能，如图1所示。此外，大豆秸秆/PLA/PBAT复合材料的界面质量最好。外力可以在纤维和基体之间均匀地传递，同时有效地避免了应力集中。
玉米秸秆/PLA/PBAT复合材料的机械性能最差，因为玉米秸秆内芯层柔软，强度低且纤维结构疏松。高粱秸秆/PLA/PBAT复合材料和稻草/PLA/PBAT复合材料的机械性能差异不大。两者都具有很高的冲击强度和良好的抗拉伸和抗弯曲性。高粱秸秆/PLA/PBAT复合材料和稻草/PLA/PBAT复合材料的机械性能差异不大。
图1.秸秆/PLA/PBAT复合材料的力学性能
（2）微观结构分析
图2显示了四种秸秆/PLA/PBAT木塑复合材料的拉伸截面微观结构。秸秆纤维与基质材料紧密结合，拉伸截面无明显的空隙缺陷。通过使用PLA-gMAH增强PLA的相容性，PLA和PBAT之间没有明显的分层。
纤维和基质材料的最佳界面质量是大豆秸秆/PLA/PBAT复合材料。最差的是玉米秸秆。玉米秸秆的内层组织强度低，很容易吸收水分。玉米秸秆的纤维结构非常疏松，这影响了复合材料的机械性能，并热压成型过程中的水蒸气导致其细小裂纹的形成。
图2.使用（a）高粱，（b）大米，（c）玉米，（d）大豆的秸秆/PLA/PBAT复合材料的微观拉伸截面
大豆秸秆的物理性质类似于锯末，强度高。经过改性处理后，大豆秸秆纤维的表面粗糙度增加，并且易于在熔融状态下被PLA/PBAT基质渗透。复合材料固化后，纤维与基体之间的界面摩擦较高，并且在拉伸部分仍与基体紧密结合，从而改善了其机械性能。高粱秸秆和稻草秸秆填充的复合材料的界面质量相似，仅次于大豆秸秆填充复合材料的界面质量，但其界面质量却比玉米秸秆填充复合材料的界面质量高得多。这两种纤维结构紧凑，在热压过程中容易被基质包裹。因此，四种秸秆增强的PLA/PBAT复合材料的界面质量与秸秆的表面粗糙度，刚度和结构紧密度成正比。
（3）热性能分析
四种秸秆/PLA/PBAT复合材料和四种秸秆经处理后的TG/DTG曲线如图4所示。失重过程主要分为三部分。从°C到°C，由于水的蒸发和一些小分子化合物的挥发，质量略有下降。在°C至°C之间，所有曲线均显示出极快的下降速度。在此过程中，质量损失主要是由秸秆纤维和基质的分解引起。在纤维中，依次分解纤维素（~°C），半纤维素（~°C）和木质素（~°C）。PLA的热解温度也在°C~°C之间。
图4.复合材料的TG/DTG（a）和秸秆的TG/DTG（b）
当温度上升到°C时，第三阶段开始。少数未热解组分继续分解，热解残渣进一步碳化，质量持续下降不严重，逐渐趋于稳定。从图中可以看出，玉米秸秆/PLA/PBAT复合材料在初始热降解温度(.1℃)、热解速度和热解残渣(7.27%)方面均优于其他三种材料，因此认为其热稳定性最好。对比图4a和图4b，复合材料的主要失重温度范围为~℃，纤维的主要失重温度范围为~℃;复合材料的残余量小于10%，纤维的残余量大于15%。由TG可以看出，复合材料在主失重区间的失重率比纤维的失重率更严重。
PLA的最低热解温度为℃。复合材料中的秸秆纤维被基体包裹，纤维通过基体包裹很难达到材料的表面温度，导致复合材料的初始热解温度略高于纯纤维，复合材料的热解温度跨度比纯纤维长。复合材料中PLA/PBAT含量最高，其热解主要生成H?O和CO?，低于纯纤维残渣，即残渣率较低。
3、结论
大豆秸秆/PLA/PBAT复合材料的机械性能最佳，拉伸强度，弯曲强度和冲击强度分别为14.3MPa，19.3MPa和3.23KJ·m-2。玉米秸秆/PLA/PBAT复合材料的机械性能最差，三种性能分别下降了25.3％，14.6％和27.8％。
由于玉米秸秆内芯的松散结构，很难被基质完全浸透。玉米秸秆填充的复合材料界面表现出最差的界面质量。
四种秸秆/PLA/PBAT复合材料的TG曲线相似。玉米秸秆/PLA/PBAT复合材料的热稳定性最好。玉米秸秆/PLA/PBAT复合材料的初始分解温度为.1°C，残留率为7.27％。
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