蚕丝织物增强聚己内酯复合材料的制备及性能研究
聚己内酯被广泛地认为一种生物可降解高分子，拥有优秀的生物相容性，并且具有良好的加工性能和在常温下良好的塑性。美国食品药品管理局（FDA）也认可了聚己内酯的生物可降解性。PCL不会在人体内的重要器官长期聚集，因为它在人体内代谢的最终产物是水和二氧化碳。所以它在生物医用领域有很大的应用潜力，比如在组织工程材料和骨折内固定材料领域。然而，聚己内酯亲水性不足且力学性能不理想等这些缺点导致了其在生物医用材料领域的应用受到限制。而天然蛋白质纤维——蚕丝纤维，有着较好的生物相容性和力学性能，与聚己内酯一样也可以在生物体内降解，所以蚕丝也已经广泛应用于生物医用领域。因此，本课题针对聚己内酯上述的几个缺点，选择使用蚕丝织物与PCL通过溶液共混和干法成膜的方法进行复合，制备成新型的可降解的蚕丝织物增强聚己内酯生物复合材料，期待蚕丝织物和聚己内酯的生物性可以帮助复合材料具有良好的生物可降解性和生物相容性的，同时织物的机构又能使复合材料拥有合适的力学性能，并能够进一步应用于生物材料领域。 本研究选取了三种不同类型的蚕丝织物：蚕丝机织物、蚕丝针织物和蚕丝非织造布，通脱胶处理去除蚕丝织物的丝胶，再分别与聚(ε-己内酯)通过溶液共混法混合，然后干法成膜，将DMF蒸发出混合溶液，得到蚕丝织物增强聚己内酯复合材料。研究蚕丝织物以及种类对聚(ε-己内酯)复合材料微观结构的影响，分析了不同蚕丝织物组织结构和不同的织物层数影响聚(ε-己内酯)力学性能的机理。拉伸测试结果表明，纯PCL断裂时的拉伸强度为58.42MPa，伸长率则达到600%以上。由于蚕丝织物本身的拉伸性能较差导致蚕丝织物加入后，所有复合材料的拉伸强度和断裂伸长下降。三种机织复合材料的拉伸强力分别下降到62.19N、78.50N和125.90N。针织复合材料断裂时伸长均减少了90%以上。纯PCL在拉伸试验中，有变细屈服的过程。而其他复合材料的屈服过程减弱并且所有的复合材料都具有比纯PCL高的杨氏模量。其中非织造复合材料的杨氏模量均增加了120%以上。扫描电子显微镜（SEM）照片表明，织物在复合材料制备过程中保持原有的几何特征。PCL基体中的蚕丝织物在PCL溶液中有良好的浸润性和渗透性。从丝素纤维的表面可以观察到，蚕丝织物与PCL基体有一个很好的联动。这可能是由于蚕丝纤维和PCL矩阵之间形成分子间氢键。此外，通过扫描电镜（SEM）分析复合材料可发现，不同蚕丝织物结构对于复合材料的结晶度和力学性能可能会有影响。从广角X射线衍射分析（WXRD），机织复合材料和针织复合材料结晶度的有所提高，非织造复合材料的结晶度则略有下降，这表明平纹针织物和纬平编织物的织物结构具有增加PCL基体结晶性的能力。差扫描量热法（DSC）结果表明，机织复合材料和针织复合材料的结晶度高于纯PCL，与WXRD分析的结果一致。通过热重分析（TG），与纯PCL相比，复合材料发生最大热降解的温度降低。另外，所有蚕丝织物复合材料在600℃残留物均有所增加。
聚己内酯;蚕丝织物;聚(ε-己内酯);复合材料;力学性能
武汉纺织大学
硕士
纺织工程
徐卫林;刘欣
2014
中文
TB332
2020-03-26（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）