靜電紡聚合物基復(fù)合納米纖維結(jié)構(gòu)與性能研究.pdf

1、聚乳酸（Poly(lactic acid)，PLA）和聚己內(nèi)酯（Poly(ε-caprolactone)，PCL）同為脂肪族聚酯，是兩種典型的生物可降解及生物可吸收型半結(jié)晶性聚合物，二者之間的力學(xué)性能和降解性能差異較大，聚乳酸常溫下硬而脆、降解速率較快，聚己內(nèi)酯軟而韌、降解速率較慢。二者優(yōu)越的生物降解性、生物相容性和力學(xué)性能得到普遍關(guān)注。多壁碳納米管（Multi-Walled Carbon Nanotube，CNT）、氧化石墨烯（Gra

2、phene oxide，GO）作為不同維數(shù)的碳基納米材料具比表面積高、優(yōu)異的功能性等特點(diǎn)常用于聚合物改性中。氧化石墨烯與碳納米管相結(jié)合得到的GO-CNT復(fù)合材料可綜合兩者的優(yōu)勢(shì)具有極好的發(fā)展前景。
　　本文中，利用靜電紡絲技術(shù)制備PLA和PCL納米纖維薄膜，在此基礎(chǔ)上加入GO、CNT、GO/CNT納米填料制備PLA和PCL納米纖維薄膜，觀察加入納米粒子前后靜電紡復(fù)合納米纖維的形貌結(jié)構(gòu)，探究GO、CNT和GO/CNT在納米纖維中的分

3、散行為及其之間的相互作用。此外我們對(duì)加入GO、CNT和GO/CNT前后靜電紡PLA和PCL納米纖維的結(jié)晶性進(jìn)行研究，進(jìn)而分析碳基納米填料對(duì)PLA和PCL微觀結(jié)晶行為及宏觀力學(xué)性能的影響規(guī)律。主要工作分為以下三個(gè)部分：
　　第一，使用改進(jìn)的Hummers法制備氧化石墨烯。通過(guò)靜電紡絲制備PLA、PLA/GO和PLA/CNT納米級(jí)纖維，對(duì)纖維的形貌、結(jié)構(gòu)及性能進(jìn)行研究。并對(duì)PLA復(fù)合納米纖維分別在50oC、65oC、80oC和95oC

4、保溫一小時(shí)進(jìn)行退火處理。采用SEM、DSC和FTIR對(duì)納米纖維進(jìn)行研究，發(fā)現(xiàn)隨退火溫度的升高，纖維表面形貌相互粘結(jié)，867 cm-1處特征峰向高頻方向偏移，921 cm-1結(jié)晶峰出現(xiàn)，結(jié)晶度增加，結(jié)晶行為逐漸趨于完善；其中80oC退火纖維基本保持纖維形貌且結(jié)晶行為較完善。拉伸實(shí)驗(yàn)可知GO、CNT納米填料，使PLA納米纖維的強(qiáng)度降低，斷裂伸長(zhǎng)率增加，韌性增強(qiáng)。
　　第二，通過(guò)靜電紡絲工藝得到添加GO、CNT不同含量和比例的
　

5、　Or-PLA-0.5/0.5、Or-PLA-1.0/0.5和Or-PLA-1.0/1.0納米纖維，80oC退火得到An-PLA-0.5/0.5、An-PLA-1.0/0.5和An-PLA-1.0/1.0，采用SEM和TEM觀察纖維形貌，退火前納米纖維表面有凹陷，退火后纖維表面光滑。SEM和TEM觀察結(jié)果可知GO、CNT在納米纖維中通過(guò)π-π作用緊密結(jié)合，DSC分析可知納米纖維的熔融行為受到GO、CNT兩種填料耦合作用的影響，F(xiàn)TIR表

6、征PLA基復(fù)合納米纖維在退火過(guò)程中有局部有序結(jié)構(gòu)生成。80oC退火處理的PLA復(fù)合納米纖維的拉伸彈性模量、拉伸強(qiáng)度得到顯著提高。兩者共同作用，在保持PLA納米纖維力學(xué)強(qiáng)度的情況下，提高了PLA納米纖維的韌性。
　　第三，在18到19 kv下得到可紡性好的PCL復(fù)合納米纖維，其中包括PCL、PCL/GO、PCL/CNT、PCL/CNT-COOH、PCL/CNT-NH2、PCL/GO/CNT、PCL/GO/CNT-COOH、PCL/G

7、O/CNT-NH2體系的納米纖維。用SEM觀察纖維形貌，用DSC分析可知GO、CNT填料的添加誘導(dǎo)了PCL結(jié)晶。用XRD分析可知靜電紡絲過(guò)程及添加GO、CNT納米填料不會(huì)影響PCL晶格結(jié)構(gòu)，CNT-COOH、CNT-NH2使PCL的晶面間距增大。TG分析可知PCL納米纖維的熱分解溫度區(qū)間為390~430oC，加入納米填料時(shí)，達(dá)到最大分解速率時(shí)候的溫度均得到不同程度的提高，最多提高3.55oC，CNT比GO具有更好的提高PCL基體熱穩(wěn)定性

8、的作用。拉伸實(shí)驗(yàn)分析可知加入GO/CNT、GO/CNT-COOH、GO/CNT-NH2兩者混合的PCL納米纖維的拉伸彈性模量、拉伸強(qiáng)度均略高于單獨(dú)加入一種CNT的，低于單獨(dú)加入GO。
　　采用500 rmp高轉(zhuǎn)動(dòng)速率的滾筒得到的取向的PCL-A、PCL/GO-A納米纖維，用XRD、DSC、TG和拉伸實(shí)驗(yàn)分析，進(jìn)一步分析取向?qū)ζ浣Y(jié)構(gòu)及力學(xué)性能影響。滾筒轉(zhuǎn)動(dòng)拉伸納米纖維，使分子鏈取向形成有序結(jié)構(gòu)，納米纖維結(jié)晶度提高，熱穩(wěn)定性較好，增加