热塑性高聚物微纳米纤维制备及形态演化研究

论文摘要

进入21世纪以来,纳米科技取得了巨大的进展,也为纤维科学与工程带来了新的概念。聚合物微纳米纤维凭借其极大的比表面积等特性,广泛应用于软组织替代产品、过滤媒介材料以及增强复合材料领域。目前制备纳米纤维的方法很多,如静电纺丝法和激光热牵伸法等,但是热塑性高聚物纳米纤维的种类较少,本论文以聚对苯二甲酸丙二酯（PTT）/聚乳酸（PLA）、等规聚丙烯（iPP）/PLA和PLA/水溶性聚酯（co-PET）等双组分体系作为研究对象,通过聚合物共混方法,利用熔融挤出过程中的相分离行为制备获得PTT、iPP、PLA热塑性纳米纤维,其平均直径均控制在500nm以下。具体方法是：聚合物原料充分混合后置于双螺杆机器中熔融挤出,经热牵伸后选择适宜溶剂去除连续相材料,最终获得分散相纳米纤维制品。通过热重分析仪（TG）、差示扫描量热仪（DSC）、动态热机械分析仪（DMA）、毛细管流变仪和动态旋转流变仪等仪器,分别研究了PTT/PLA、iPP/PLA、PLA/co-PET体系的热性能、相容性以及流变性能。三种体系加工过程均表现出不相容性；随剪切速率增加,熔体的粘度随之下降,表现出剪切变稀行为,属于典型的非牛顿流体；适宜的加工温度下,各体系的粘度比ηd/ηm（ηd指分散相的粘度,ηm指基体相的粘度）均介于0.1～10之间,利于纤维状分散相形态的发展。尤其PLA/co-PET体系,粘度比靠近1,PLA分散相在co-PET基体相中的分散效果较好。通过扫描电子显微镜（SEM）、傅立叶变换红外光谱仪（FTIR）等设备,研究各体系分散相行为演化发展过程,系统分析挤出过程中影响分散相形态的工艺条件,更加接近生产实际。分散相形态结构具有相类似的形态发展模式：分散相颗粒初期形变为片层和孔洞结构,在持续的螺杆剪切作用下最终形成微纤状分散相形态；螺杆转速对iPP分散相初期阶段的相形态演化过程影响不明显；适宜的组分比、工艺温度以及牵伸比等条件时,可获得平均尺寸较小、分布较窄的分散相纳米纤维结构。此外,红外光谱数据显示：基体相已从各共混体系中彻底去除干净,加工过程中两相基本没有发生相互反应。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1.文献综述
• 1.1 聚合物纳米纤维的制备方法及存在问题
• 1.1.1 静电纺丝法
• 1.1.2 熔喷法
• 1.1.3 双组份复合纺丝法
• 1.1.4 闪蒸法
• 1.1.5 相分离法
• 1.2 聚合物纳米纤维的应用
• 1.2.1 过滤材料
• 1.2.2 纤维增强复合材料
• 1.2.3 生物医学领域
• 1.3 聚合物共混体系分散相形态发展及影响因素
• 1.3.1 不相容共混体系制备分散相微纳米纤维
• 1.3.2 聚合物共混体系分散相形态演化
• 1.3.3 材料参数对聚合物共混体系分散相形态的影响
• 1.4 本课题研究的内容及意义
• 参考文献
• 2. PTT/PLA不相容体系熔融挤出制备PTT纳米纤维及形态结构研究
• 2.1 引言
• 2.2 实验部分
• 2.2.1 实验原料
• 2.2.2 样品制备
• 2.2.3 性能检测
• 2.3 结果与讨论
• 2.3.1 PTT/PLA体系的热行为及相容性分析
• 2.3.2 PTT/PLA体系的流变性能分析
• 2.3.3 PTT纳米纤维形态结构分析
• 2.4 本章小结
• 参考文献
• 3.iPP/PLA不相容体系分散相行为及其演化研究
• 3.1 引言
• 3.2 实验部分
• 3.2.1 实验原料
• 3.2.2 样品制备
• 3.2.3 性能检测
• 3.3 结果与讨论
• 3.3.1 IPP/PLA共混物的热稳定性和相容性分析
• 3.3.2 IPP/PLA体系的流变行为分析
• 3.3.3 IPP/PLA体系分散相形态演化分析
• 3.3.4 IPP/PLA体系双连续及相反转行为分析
• 3.4 本章小结
• 参考文献
• 4.PLA/co-PET不相容体系熔融挤出制备PLA纳米纤维及形态结构研究
• 4.1 引言
• 4.2 实验部分
• 4.2.1 实验原料
• 4.2.2 样品制备
• 4.2.3 性能检测
• 4.3 结果与讨论
• 4.3.1 PLA/co-PET体系的热稳定性和相容性分析
• 4.3.2 PLA/co-PET体系的流变行为分析
• 4.3.3 PLA/co-PET体系分散相形态演化分析
• 4.3.4 PLA/co-PET体系双连续及相反转行为分析
• 4.4 本章小结
• 参考文献
• 5.结论
• 攻读硕士学位期间发表学术论文目录
• 致谢