前言
由于竹纤维富含极性强烈的亲水羟基（-OH），与非极性的聚乳酸（PLA）之间的界面相容性非常有限。 这直接影响了复合材料的界面特性，包括界面厚度、结构、形态和分散均匀性，从而最终导致了材料性能的下降。
为了解决这一问题，采用乳酸作为接枝单元，通过原位固相聚合方法成功制备了乳酸接枝竹纤维，随后将其与聚乳酸树脂进行熔融共混，制备出了具有优异性能的LA-g-BF/PLA复合材料。
乳酸接枝竹纤维制备
将一定量的竹纤维放置于鼓风干燥箱中，在80°C的条件下进行充分干燥。 接着将干燥的竹纤维浸泡于1%（按质量计算）的NaOH溶液中，进行处理24小时。
处理完成后，用自来水反复清洗竹纤维，直至达到中性状态。随后将清洗后的竹纤维再次放入鼓风干燥箱中，进行干燥，直至质量保持恒定。
取出已经经过碱处理的200克竹纤维，与300克乳酸和4.5克辛酸亚锡充分混合。将混合物置于水热反应釜中，在80°C的温度下进行反应，持续8小时。完成反应后进行出料处理
LA-g-BF /PLA 复合材料制备
按照质量比例1:9、2:8、3:7、4:6和5:5精确称取乳酸接枝竹纤维和聚乳酸。然后将这些比例的混合物与总质量为竹纤维和聚乳酸质量 之和的6%、8%、10%、12%和14%的三元增塑剂（甘油、柠檬酸酯和甲酰胺，质量比为2:3:1）混合均匀， 静置在常温下密封袋中12小时。
接下来采用开放式双辊混炼机在150°C的温度下混炼，时间为10分钟。冷却后使用强力*碎机破**将混合物粉碎成颗粒状。
将颗粒倒入热压模具（尺寸为100 mm×100 mm×4 mm），使其表面平整且堆积高度略超过模具1 mm。 在上下表面各附上两层锡箔纸，以防止材料附着在热压铁板上。 然后将装有材料的模具缓慢放入热压机中进行热压。
根据不同的比例，热压时间分别为4分钟、5分钟、6分钟、7分钟和8分钟，热压温度分别为150°C、160°C、170°C、180°C和190°C。热压时施加5 MPa的压力。最后，将热压后的复合材料放入适当的密封袋中，等待进一步的测试。
未反应乳酸对复合材料性能的影响
乳酸在BF/PLA复合材料中具备增塑剂的特性， 有助于降低聚乳酸在混炼过程中的熔点并减少加工成本。 然而在实验中发现，如果未将乳酸与竹纤维上的乳酸残留物进行去除，制得的LA-g-BF/PLA复合材料会出现较多气孔。
为了研究未反应乳酸对LA-g-BF/PLA复合材料性能的影响，要使用电子光学显微镜观察了未去除和去除乳酸（通过*酮丙**抽滤处理以去除未反应的乳酸）的LA-g-BF/PLA复合材料的表面和断面结构特征。
在图1A1和1A2分别代表未去除乳酸的LA-g-BF/PLA复合材料的表面和断面显微图， 而图1B1和1B2分别代表去除乳酸的LA-g-BF/PLA复合材料的表面和断面显微图。
从1A1中可以看出，未去除乳酸的LA-g-BF/PLA复合材料表面较为粗糙，呈现出大量的条纹状纹路，并且部分竹纤维（白色部分）暴露在表面。
A1
然而未去除乳酸的样品断裂面上存在明显的气孔，竹纤维分散不均匀（有纤维拔出现象）。此外在暴露的竹纤维附近，存在较大的气孔，断裂面沿着竹纤维方向产生裂隙，竹纤维以团状形式聚集。
这种情况的出现是由于乳酸的沸点仅为122℃，远低于复合材料的成型温度。 因此在混炼过程中，未能完全蒸发的乳酸以及吸附在竹纤维上的残余乳酸，在高温作用下迅速气化，导致复合材料内部体积膨胀。
A2
随后当试样充分冷却后，竹纤维与聚乳酸之间留下大量气孔，从而使竹纤维与周围聚乳酸发生分离。这些结果说明，在制备LA-g-BF/PLA复合材料过程中，未去除的乳酸残余物会导致材料内部产生气孔，影响材料的结构和性能。
因此在制备过程中，需要确保乳酸充分挥发和去除，以获得更好的复合材料品质。根据图1B1的观察， 可以发现去除乳酸的LA-g-BF/PLA复合材料表面较为光滑。
B1
虽然与未经处理的样品一样存在纹路，但没有明显的竹纤维外露现象。图1B2揭示，去除乳酸的样品断裂面仍然显示大量竹纤维暴露，然而与A2相比，这些暴露的竹纤维附近没有明显的气孔。
同时竹纤维成团现象也较少见，表明竹纤维与聚乳酸之间的结合更为紧密。由此可见，去除未完全反应的乳酸有助于提高LA-g-BF/PLA复合材料的热加工成型性能。
B2
材料的力学性能是衡量其在实际使用中适用性的重要指标。为了去除乳酸对LA-g-BF/PLA复合材料力学性能的影响，对其抗拉性能和抗弯性能进行了测试，并得出了以下结果。
在图中A代表未去除乳酸的LA-g-BF/PLA复合材料，而B代表去除乳酸的复合材料。根据图3的结果可以明显看出，未去除乳酸的LA-g-BF/PLA复合材料的抗拉强度和抗弯强度都相对较低，分别为(4.17±0.47) MPa和(5.67±0.33) MPa。
图3
这种现象是由于在热压过程中未反应的乳酸会蒸发和气化，导致复合材料中产生气孔，从而使竹纤维与聚乳酸相分离。这种相分离现象会显著降低复合材料的力学性能。
与此相反去除乳酸的LA-g-BF/PLA复合材料的抗拉强度和抗弯强度显著提高，分别增至(21.33±0.84) MPa和(29.92±0.93) MPa。
这个结果进一步验证了去除乳酸对于提高复合材料的力学性能具有重要作用。 通过去除乳酸，可以减少气孔的产生，防止竹纤维和聚乳酸的相分离，从而改善复合材料的整体性能。
这项研究表明去除乳酸可以显著提高LA-g-BF/PLA复合材料的力学性能。这对于优化材料的实际应用和性能提升具有重要意义。
热压时间对复合材料性能的影响
为了评估热压时间对LA-g-BF/PLA复合材料性能的影响，对在不同热压时间下制备的样品进行了抗拉强度、抗弯强度和吸水率的测试。
测试结果见图 7根据图中所示， 随着热压时间的延长，LA-g-BF/PLA复合材料的力学性能都得到了一定程度的改善。
图7
抗拉强度和抗弯强度在热压时间达到6分钟时达到最大值，然后在将热压时间从6分钟延长至8分钟时稍有下降。 这表明在6分钟的热压时间内，聚乳酸已经有足够的时间逐渐扩散到竹纤维中，同时表层的温度也足够长时间地传递到板坯的中心。
进一步延长热压时间并不能显著地改善复合材料的力学性能。此外随着热压时间的延长，LA-g-BF/PLA复合材料的吸水率逐渐减小。
这暗示在一定温度下，延长热压时间有助于促使聚乳酸与竹纤维更好地结合， 从而降低竹纤维表面的亲水羟基含量，进而减少复合材料的吸水率。
当热压时间延长至6分钟后，复合材料的吸水率变化不大，这说明在这个时间点上，PLA已经在竹纤维之间得到充分延展和浸润，与竹纤维表面的羟基结合得更紧密，从而赋予复合材料优异的疏水性能，最佳热压时间为6分钟。
热学性能分析
聚乳酸是一种半结晶性的聚合物。在含有结晶组分的高分子共混体系中，结晶组分的冷结晶性能通常会随着共混组分的比例变化而改变。
这种性质可以用来评估含有结晶组分的高分子共混体系的相容性。 通过DSC（差示扫描量热法）测试，可以研究乳酸接枝竹纤维与聚乳酸比例对复合材料结晶度的影响。
图9显示随着乳酸接枝竹纤维与聚乳酸质量比的增加， LA-g-BF/PLA复合材料的冷结晶温度和冷结晶焓值逐渐降低。
这意味着随着乳酸接枝竹纤维与聚乳酸比例的增加， 乳酸接枝竹纤维充当了结晶成核剂的角色，使复合材料更容易形成结晶结构。 这个结论与XRD分析的结果相一致。
图9
然而与以1:9、2:8和3:7比例制备的复合材料相比，以4:6和5:5比例制备的复合材料出现了两个冷结晶峰。
这表明当乳酸接枝竹纤维与聚乳酸的比例较大时，它们之间的相互依赖性减弱，从而导致复合材料的界面相容性下降。
耐热性能分析
复合材料的热性能是衡量材料在不同温度范围内使用能力的重要标志， 同时也反映了材料的热稳定性，此外材料的结晶状态变化也会影响热分解行为。
为了LA-g-BF/PLA复合材料的热稳定性， 采用了热重分析法对不同乳酸接枝竹纤维/聚乳酸比例制备的复合材料进行了表征。 实验结果所得到的TGA和DTG曲线如图10所示。
图10
从TGA曲线可以观察到，随着乳酸接枝竹纤维/聚乳酸比例的增加，复合材料的热分解起始温度降低。
而从DTG曲线同样可以观察到， 随着乳酸接枝竹纤维/聚乳酸比例的增加，复合材料的热分解最大速率对应的温度逐渐降低。 这表明乳酸接枝竹纤维的添加比例增大会降低复合材料的耐热性能。
这种现象可以解释为随着乳酸接枝竹纤维与聚乳酸的比例增加， 它们之间的相互作用减弱，从而导致热分解温度向更低的温度方向移动。
同时当乳酸接枝竹纤维与聚乳酸的质量比例增大至4:6和5:5时，TGA曲线呈现出两个不同的分解台阶，而DTG曲线则出现了两个最大分解速率峰。
这现象同样说明当乳酸接枝竹纤维/聚乳酸比例超过3:7后， 复合材料的界面相容性变差，导致乳酸接枝竹纤维与聚乳酸之间发生相分离现象。
以上表明乳酸接枝竹纤维与聚乳酸的比例对LA-g-BF/PLA复合材料的热性能和热稳定性的影响，这有助于更好地了解复合材料的热行为。
结论
在最佳的复合材料制备条件下，经过去除乳酸残余后，乳酸接枝竹纤维与聚乳酸的质量比为3:7。 此外制备过程中添加的增塑剂占总质量的10%。
复合材料制备过程中，进行热压加工，温度为170℃，时间为6分钟。在这些参数下，得到了具备优异综合性能的LA-g-BF/PLA复合材料。
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