聚乳酸纤维的制备、结构与性能研究

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生物基可降解纤维随着能源紧缺与环境压力的增大而日益受到重视。聚乳酸(PLA)作为典型的生物可降解高分子已进入产业化阶段,制品开发和市场应用成为影响其发展的关键因素。PLA作为纤维材料,较早受到重视和研究,但耐热性不足、柔软性差等缺点,限制了其推广应用,有待进一步改性。本文采用熔融纺丝技术制备PLA纤维,主要研究了不同分子结构PLA纤维的流变性能、熔融可纺性、加工降解性、强度、模量、断裂伸长率、沸水收缩率等宏观性能,并结合结晶、取向、构象等微观结构因素做了探讨。具体结论如下:1.PLA表现出剪切变稀这一典型的假塑性流体行为。在相同剪切速率下,高分子量PLA的剪切黏度更大。相比高光学纯度PLA,低光学纯度PLA熔体的温度敏感性更强,剪切黏度随温度升高而下降的幅度更大。不同分子结构PLA的熔融可纺性能存在差别,但通过调整纺丝工艺都可以展现出良好的纺丝性能。2.高分子量PLA在纺丝过程中,链段更易受高剪切应力和高熔融温度影响而降解,纺丝前后的特性黏度值减小了16.5%。但是,PLA的旋光异构性受加工过程的影响甚微,在纺丝前后光学纯度值基本保持不变。3.在多数情况下,高分子量且高光学纯度的PLA纤维表现出最优异的拉伸性能和最低的沸水收缩率。所有的PLA初纺纤维经牵伸后,强度都明显改善,能够更好地满足纺织需要。但有趣的是,经牵伸处理后,高光学纯度PLA纤维的沸水收缩率降到10%以下,而低光学纯度PLA纤维的沸水收缩率仍高出75%。4.PLA初纺纤维经牵伸处理后变为结晶态,且高光学纯度系列的牵伸纤维的结晶度高于低光学纯度牵伸纤维。根据2D-WAXD,DSC,红外二向色性及声速法研究发现:PLA纤维的结晶度和取向度结果与其拉伸性能变化趋势较为吻合,但不能很好地解释纤维的沸水收缩率变化。5.XRD和FTIR研究发现:提高PLA的光学纯度有助于增强晶体和构象稳定性。高光学纯度的PLA在结晶过程中优先生成稳定的α晶体,低能量gt构象组分的含量最高,表现出优异的热稳定性。
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