蠶絲纖維增強聚乳酸體系中柱晶的形成及其結構分析.pdf

1、聚乳酸（PLA）具有較好的機械性能、生物相容性以及可降解性，應用于生物醫(yī)療和包裝領域。由于PLA的結晶速率慢，傳統工藝條件下得到的制品多為非晶結構，導致其呈脆性大，耐熱性不佳，因此極大的限制了PLA的應用。對于纖維增強的聚合物基復合材料，纖維改性是改善PLA結晶性能，提高制品結晶度的有效方法。
　　本課題選天然蠶絲（SF）作為增強材料，利用碳酸鈉溶液對蠶繭脫膠，得到蠶絲纖維（絲素纖維），利用溶液法制備PLA薄膜，將單根蠶絲纖維放置

2、于兩PLA薄膜之間，制成“三明治”結構的試樣，研究了等溫溫度和牽引速率對SF/PLA界面結晶形貌的影響。首先，利用偏光顯微鏡（POM）研究了等溫過程中柱晶（或球晶）的結晶行為和晶體形貌，分析了等溫溫度、SF牽引速率以及牽引時間對晶體形貌的影響；其次，利用顯微紅外光譜（FTIR）對柱晶的晶體類型、結晶度及取向度進行了表征；最后，考察了小含量（5 wt％）的聚氧化乙烯（PEO）對PLA結晶行為的影響，主要內容簡述如下：
　?。?）等溫

3、溫度在100-130℃之間，牽引速率為0時，SF表面無法誘導PLA結晶。溫度較低時（<120℃），由于過冷度較大，PLA基體的成核很快，較小的球晶迅速充滿POM觀測區(qū)域，很難觀察SF對PLA結晶行為的影響，本實驗表明120-130℃是研究SF誘導PLA結晶行為的理想溫度區(qū)間。
　?。?）利用POM研究了牽引速率對SF/PLA界面結晶行為的影響，發(fā)現牽引速率不同，PLA在SF表面上的結晶形貌不同。牽引速率較小時，SF表面上形成“串形

4、球晶”結構，牽引速率增大，“串形球晶”轉變?yōu)橹ЫY構，牽引速率過大時，蠶絲纖維發(fā)生斷裂。無論是形成“串形球晶”還是柱晶，其結晶誘導時間都隨牽引速率的提高而縮短，成核速率、最終晶核密度則隨牽引速率的提高而增大。等溫溫度為120℃時，生成“串形球晶”的臨界牽引速率為5μm/s，形成柱晶的臨界牽引速率為40μm/s，蠶絲纖維在牽引過程中發(fā)生斷裂的牽引速率為150μm/s，而130℃條件下的三個臨界速率分別為10、50和250μm/s。相同牽引

5、速率下，120℃等溫時，PLA的結晶誘導時間更短，成核速率更大，最終晶核密度更高。
　?。?）以牽引時間為變量，固定牽引速率為40μm/s，研究牽引時間對界面結晶形貌的影響，發(fā)現牽引時間與牽引速率具有類似的效果，延長牽引時間， PLA在SF表面的結晶形貌由“串形球晶”變成柱晶結構，即成核密度隨牽引時間的延長而增加，與130℃相比，120℃條件下，PLA在SF表面的成核密度更高，成核速率更快。
　?。?）利用FTIR分析牽引速

6、率對PLA柱晶的晶型、結晶度和取向度的影響，發(fā)現牽引速率不能改變PLA的晶體類型，柱晶均為α晶體結構。120℃條件下，隨著牽引速率提高，柱晶的結晶度提高，取向度增加。130℃條件下的實驗結果與120℃基本一致，不同之處在于，牽引速率超過臨界值時（100μm/s），柱晶的結晶度和取向度分別趨于固定值。
　?。?）探究小含量的聚氧化乙烯（PEO）對SF/PLA復合體系結晶行為的影響，發(fā)現 PEO加入后，開始在 SF表面生成“串形球晶”