再生絲蛋白纖維的濕法紡絲研究.pdf

1、蠶絲由于其生物學(xué)上高度進(jìn)化的生產(chǎn)方式、優(yōu)異的綜合力學(xué)性能和天然可再生的特點(diǎn)，近年來一直吸引著生物學(xué)家、化學(xué)家及材料學(xué)家們的關(guān)注。通過理解蠶絲的生物特性以及蠶絲材料結(jié)構(gòu)、性能和功能之間的關(guān)系，人們?cè)O(shè)計(jì)了各種各樣的人工紡絲工藝，圍繞再生蠶絲蛋白纖維的制備上進(jìn)行了廣泛的探索。本論文在課題組已有的人工紡絲的基礎(chǔ)上（即采用高濃度的再生絲蛋白水溶液作為紡絲原液，以硫酸銨水溶液為凝固?。罱艘惶自偕z蛋白纖維濕法紡絲裝置，采用一步法制備出性能較好

2、的再生絲蛋白纖維，并進(jìn)一步研究了紡絲工藝參數(shù)，如凝固浴、拉伸倍率及不同階段拉伸倍率的分配等對(duì)最終獲得的再生絲蛋白纖維結(jié)構(gòu)和性能的影響。除此之外，我們還嘗試在紡絲原液中引入金屬離子Ca以及碳納米管，來研究不同紡絲原液對(duì)再生絲蛋白纖維結(jié)構(gòu)和性能的影響。
　　在工藝方面，本論文首先討論了不同階段拉伸倍率的分配對(duì)六倍拉伸的再生絲蛋白纖維的影響。在40℃下，35 wt％的硫酸銨凝固浴中濕法紡絲的結(jié)果表明，以45 r/min→90 r/min

3、→270 r/min方式獲得的六倍拉伸纖維的綜合力學(xué)性能以及纖維斷面形貌較好于其它兩種拉伸倍率分配。其次，我們研究了凝固浴的溫度和濃度對(duì)六倍拉伸的再生絲蛋白纖維的影響。結(jié)果發(fā)現(xiàn)在較高的凝固浴溫度下，初生纖維的凝固速度加快，有利于提高后續(xù)水蒸汽拉伸的效果，得到的再生絲蛋白纖維形貌有所改善。而低濃度凝固浴下得到的再生絲蛋白纖維，雖然形貌也得到大幅改善，但是力學(xué)性能反而有所下降，這可能是因?yàn)槟趟俣忍龑?dǎo)致纖維凝固不夠，后續(xù)高倍拉伸的效果無法

4、體現(xiàn)出來。
　　基于我們前期的研究發(fā)現(xiàn)，即Ca離子在桑蠶吐絲過程中具有較特殊的作用，我們采用透析以及簡單的加入法將Ca離子引入再生絲蛋白紡絲原液，考察了在再生絲蛋白纖維紡制過程中Ca離子對(duì)再生纖維結(jié)構(gòu)以及性能的影響與作用。結(jié)果表明，相比于純絲蛋白紡絲原液，含Ca離子的再生絲蛋白紡絲原液，在40℃和60℃下進(jìn)行紡絲，都得到了斷面形貌相對(duì)規(guī)整，力學(xué)性能普遍較好的再生絲蛋白纖維（斷裂強(qiáng)度達(dá)到了360MPa，斷裂伸長率達(dá)到了36％，而相同

5、條件下純絲蛋白再生纖維的斷裂強(qiáng)度為190MPa，斷裂伸長率為62％）。這些結(jié)果表明Ca離子能有效參與再生絲蛋白纖維的紡制過程，改善再生絲蛋白纖維的斷面形貌，提高再生絲蛋白纖維的力學(xué)性能。
　　雖然共混是普遍采用的改進(jìn)高分子材料性能的一種簡便易行的方法，但是由于濕法紡絲對(duì)紡絲原液的濃度、流動(dòng)性等要求嚴(yán)格，蠶絲蛋白的共混紡絲研究不太常見。我們通過簡單共混方法制備了再生絲蛋白/碳納米管(RSF/CNTs)比例為1000/1的共混紡絲原液