基于同步輻射技術(shù)研究絲素蛋白干紡纖維的結(jié)構(gòu)與性能.pdf

1、蜘蛛絲和蠶絲等動物絲以其優(yōu)異的性能引起了人們的極大關(guān)注。盡管通常情況下蠶絲的機械性能不及蜘蛛絲，但通過人工強制紡絲制備的蠶絲的力學性能已能夠與蜘蛛絲相媲美。這主要是由于人工強制紡絲可使蠶絲的二級結(jié)構(gòu)更接近于蜘蛛絲且缺陷更少。因此，通過改進紡絲過程可優(yōu)化天然動物絲的二級結(jié)構(gòu)及機械性能。為了制備高性能的人造動物絲，關(guān)鍵要掌握纖維的結(jié)構(gòu)與性能之間的關(guān)系。再生絲素蛋白(RSF)間歇干紡纖維由于受樣品量所限，通常難以利用X射線衍射技術(shù)研究其結(jié)晶結(jié)

2、構(gòu)。本論文利用同步輻射微聚焦廣角X射線衍射(SR-WAXD)技術(shù)研究了RSF間歇干紡單絲及天然蠶絲的結(jié)晶結(jié)構(gòu)，探討了不同后處理工藝下，RSF間歇干紡纖維中結(jié)晶結(jié)構(gòu)的演變過程。為進一步提高人造動物絲的機械性能奠定了基礎。SR-WAXD研究表明，盡管RSF初生絲的結(jié)晶結(jié)構(gòu)很差，但RSF后處理纖維的結(jié)晶結(jié)構(gòu)有很大改善，甚至能與脫膠絲相媲美。隨著后處理的進行，RSF纖維中[021]晶面（d-Spacing＝0.37nm）對應的結(jié)晶峰減弱成一個肩

3、峰，而[020]晶面（d-Spacing＝0.45nm）和[200]晶面（d-Spacing＝0.43nm）對應的結(jié)晶峰逐漸增強成主峰。進一步的分析結(jié)果表明，RSF纖維的結(jié)晶度隨著拉伸速率的增加而減小，但隨著拉伸倍數(shù)的增加而增加;晶粒尺寸隨著拉伸速率及拉伸倍數(shù)的增加而減小;晶區(qū)取向度隨拉伸速率及拉伸倍數(shù)的增加而增加。
　　 由于RSF間歇干紡初生單絲需保存一段時間后才能進行拉伸后處理，因此其力學性能較為不穩(wěn)定，且所獲得的最終樣品

4、數(shù)量較少，無法進行大規(guī)模的后繼應用。為了制備性能穩(wěn)定的RSF干紡纖維并提高其制備效率，本論文對間歇干紡工藝進行了改進，設計了一種RSF/絲膠蛋白(SS)共混水溶液的連續(xù)干法紡絲裝置。在連續(xù)干紡過程中，RSF/SS共混水溶液由噴絲口擠出，經(jīng)過一段空氣隙后依次進入預結(jié)晶浴及后處理浴，通過調(diào)節(jié)一級卷繞輥和二級卷繞輥的卷繞速率實現(xiàn)后處理浴中的拉伸后處理，最后利用二級卷繞輥收集RSF/SS連續(xù)干紡纖維。通過調(diào)節(jié)紡絲液濃度、后處理浴種類以及拉伸倍數(shù)

5、等條件研究了紡絲參數(shù)對連續(xù)干紡可紡性及所制備纖維結(jié)構(gòu)與性能的影響。結(jié)果表明，提高拉伸倍數(shù)比延長浸泡時間更能改善RSF/SS連續(xù)干紡纖維的結(jié)構(gòu)和性能。經(jīng)過拉伸4倍并浸泡8h的二次后處理，RSF/SS連續(xù)干紡纖維的力學性能更接近RSF間歇干紡后處理纖維，其斷裂強度、斷裂伸長率、初始模量及斷裂能分別達到了259.2MPa、13.7％、9.6GPa和13.0kJ·kg-1。盡管如此，經(jīng)二次后處理的RSF/SS連續(xù)干紡纖維的結(jié)晶結(jié)構(gòu)與天然蠶絲仍有