Development and characterization of sustainable PKS/CaCO₃/HDPE hybrid composites for enhanced thermal and mechanical performance

科学家完成可持续PKS/CaCO₃/HDPE混合复合材料的开发与表征

加纳夸梅·恩克鲁玛科技大学Emmanuel Kofi Frimpong团队完成可持续PKS/CaCO₃/HDPE混合复合材料的开发与表征。相关论文于2025年12月1日发表在国际学术期刊《复合材料和先进材料》上。

研究人员对由高密度聚乙烯（HDPE）、碳酸钙（CaCO₃）和棕榈仁壳（PKS）颗粒组成的混合复合材料进行了系统评估，重点分析其热性能、力学性能和耐湿性能。PKS 作为一种木质纤维素类农业废弃物，先经过NaOH预处理，然后以不同添加量（10–25 wt%）和不同粒径（125 µm和500 µm）加入复合材料中；同时调整CaCO₃含量，使填料总含量保持在30 wt%。

傅里叶变换红外光谱（FTIR）结果证实，处理后PKS表面发生了化学相互作用并实现了表面改性。差示扫描量热（DSC）分析表明，各配方之间的熔融温度变化较小，但熔融焓和结晶度出现明显变化，尤其是在PKS含量增加时更为显著。热重分析（TGA）及导数热重分析（DTG）表明，富含CaCO₃的复合材料具有更高的热稳定性，而富含PKS的配方由于木质纤维素分解而表现出更早的热降解起始温度。

吸水率测试结果表明，填料含量和颗粒尺寸均显著影响材料的亲水性，其中较小颗粒由于分散性和堆积性更好，表现出更低的吸水率。力学性能测试显示，含10 wt% PKS的复合材料（尤其是粒径为125 µm时）具有更高的极限拉伸强度和冲击能，实现了增强效果与韧性的良好平衡。较高的PKS含量会导致颗粒团聚、延展性下降以及强度降低。材料硬度通常随着填料含量的增加而提高，并且在含有较大粒径PKS的复合材料中表现更为明显。

研究结果表明，PKS/CaCO₃/HDPE混合复合材料在工程应用中具有作为可持续高性能材料的潜力，其中在使用细颗粒并将PKS含量控制在10–15 wt%时可获得最佳综合性能。

Composites and Advanced Materials

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