蠶絲纖維增強(qiáng)聚乳酸體系中柱晶的形成及其結(jié)構(gòu)分析.pdf

1、聚乳酸（PLA）具有較好的機(jī)械性能、生物相容性以及可降解性，應(yīng)用于生物醫(yī)療和包裝領(lǐng)域。由于PLA的結(jié)晶速率慢，傳統(tǒng)工藝條件下得到的制品多為非晶結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致其呈脆性大，耐熱性不佳，因此極大的限制了PLA的應(yīng)用。對(duì)于纖維增強(qiáng)的聚合物基復(fù)合材料，纖維改性是改善PLA結(jié)晶性能，提高制品結(jié)晶度的有效方法。
　　本課題選天然蠶絲（SF）作為增強(qiáng)材料，利用碳酸鈉溶液對(duì)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(jié)構(gòu)的試樣，研究了等溫溫度和牽引速率對(duì)SF/PLA界面結(jié)晶形貌的影響。首先，利用偏光顯微鏡（POM）研究了等溫過(guò)程中柱晶（或球晶）的結(jié)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(shí)間對(duì)晶體形貌的影響；其次，利用顯微紅外光譜（FTIR）對(duì)柱晶的晶體類型、結(jié)晶度及取向度進(jìn)行了表征；最后，考察了小含量（5 wt％）的聚氧化乙烯（PEO）對(duì)PLA結(jié)晶行為的影響，主要內(nèi)容簡(jiǎn)述如下：
　　（1）等溫

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

4、球晶”結(jié)構(gòu)，牽引速率增大，“串形球晶”轉(zhuǎn)變?yōu)橹ЫY(jié)構(gòu)，牽引速率過(guò)大時(shí)，蠶絲纖維發(fā)生斷裂。無(wú)論是形成“串形球晶”還是柱晶，其結(jié)晶誘導(dǎo)時(shí)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(shí)，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(guò)程中發(fā)生斷裂的牽引速率為150μm/s，而130℃條件下的三個(gè)臨界速率分別為10、50和250μm/s。相同牽引

5、速率下，120℃等溫時(shí)，PLA的結(jié)晶誘導(dǎo)時(shí)間更短，成核速率更大，最終晶核密度更高。
　?。?）以牽引時(shí)間為變量，固定牽引速率為40μm/s，研究牽引時(shí)間對(duì)界面結(jié)晶形貌的影響，發(fā)現(xiàn)牽引時(shí)間與牽引速率具有類似的效果，延長(zhǎng)牽引時(shí)間， PLA在SF表面的結(jié)晶形貌由“串形球晶”變成柱晶結(jié)構(gòu)，即成核密度隨牽引時(shí)間的延長(zhǎng)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(duì)PLA柱晶的晶型、結(jié)晶度和取向度的影響，發(fā)現(xiàn)牽引速率不能改變PLA的晶體類型，柱晶均為α晶體結(jié)構(gòu)。120℃條件下，隨著牽引速率提高，柱晶的結(jié)晶度提高，取向度增加。130℃條件下的實(shí)驗(yàn)結(jié)果與120℃基本一致，不同之處在于，牽引速率超過(guò)臨界值時(shí)（100μm/s），柱晶的結(jié)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(duì)SF/PLA復(fù)合體系結(jié)晶行為的影響，發(fā)現(xiàn) PEO加入后，開始在 SF表面生成“串形球晶”