基于共连续聚乳酸/聚苯乙烯的多孔制品成型研究

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具有相互连通的三维网状特征的多孔材料受到越来越多研究者的关注,其应用前景十分广阔。制备多孔材料属于学科交叉的新兴研究领域,极具挑战性,如面向组织工程应用的生物多孔支架,不仅材料应具备良好的生物降解性和相容性,而且应考虑制品内部孔隙尺寸的可控性、高度连通性以及可实现特定的形状与性能等。开展生物多孔制品的成型制备与结构性能研究,已成为材料学、生命科学、工程学等不同背景科学家共同关注的前沿课题。论文基于共连续聚乳酸/聚苯乙烯(PLA/PS)材料体系制备PLA多孔制品,以材料熔融共混–制备工艺–结构形貌为主线,通过选择合适的共混方法和共混条件,利用热压、注塑等高分子材料传统加工方法,尝试制备具有内部孔隙尺寸可控、高度连通或孔径梯度分布等特征的生物材料多孔制品。主要工作包括:1.研究了共混方式以及共混条件对不相容PLA/PS共混物相形态的影响。分别利用双螺杆挤出机和哈克转矩流变仪对PLA/PS体系进行熔融共混,通过选择性萃取PS后试样的质量损失率和偏光显微镜观察,评估了共连续结构形成情况;并结合PLA/PS共混物在不同温度、时间条件下的动态演化过程,探究了热处理对试样结构形貌的影响。结果发现:双螺杆挤出机共混获得了具有较好共连续结构的共混物,这主要是由于两种共混方式下熔体所受剪切力差异所致;相动态演化实验表明:随热处理温度升高及时间延长,会发生明显的相粗化现象,影响共混体系的相形貌及尺寸,有助于获得可变孔径的PLA多孔制品。2.探究了热压成型方式和工艺对PLA多孔制品孔隙尺寸及分布的影响。包括接触和压缩成型两种成型方式以及温度、塑化时间和模具表面性质等成型条件,并评估了制品内部孔隙连通率与吸水率。研究表明:热压成型方式和工艺均对PLA多孔制品的结构形貌有所影响,共混体系中两相粘度以及与模具亲和性的不同,使得PLA易在制品表层富集,而通过模具表面PTFE覆层有助于改善这一现象;随着成型温度升高以及塑化时间延长,制品孔洞尺寸明显增大,这主要是由于相粗化速率增大所致;热压成型多孔制品的孔隙连通率可达到90%以上。3.采用注塑成型方法加工内部连通的PLA三维多孔制品,初步探究了成型过程中物理场对制品不同部位多孔结构形貌的影响。结果发现去除制品的PLA表层有利于PS的萃取,可得到较高的内部孔隙连通率;制品在厚度方向上多孔形貌呈现一定的梯度分布,而浇口附近孔洞尺寸大于远浇口位置,这主要是由于注塑过程中温度、剪切分布等复杂因素共同作用所导致。
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