[发明专利]一种纳米纤维增强的聚乳酸/聚己内酯复合材料及其制备方法

说明书

 

技术领域

本发明涉及高分子材料技术领域，具体涉及一种纳米纤维增强的聚乳酸/聚己内酯复合材料及其制备方法。

背景技术

纤维增强聚合物材料的改性方法无论在学术界还是工业界都广为人知。传统的无机纤维填料如玻璃纤维、碳纤维等其尺寸通常在十微米以上，能良好的分散在聚合物基体中可形成微米级复合材料。不过若能减少纤维尺寸，将有利于增大纤维与基体接触的界面面积，从而进一步提升复合材料的宏观性能。静电纺丝便是一种减小纤维尺寸的高效便捷的方法。

聚乳酸(下述简称PLA)完全可以来源于可再生资源，彻底摆脱了对石油资源的依赖，它还有着光泽度高、透明度高、回弹性和卷曲持久性好、抗油性和染色性能好、可燃性低、对人体无毒害等优点。

聚己内酯(下述简称PCL)是一种微生物降解型的热塑性塑料，具有良好的生物降解性和较好的力学性能，其应用广泛如医用造型材料、工业、美术造型材料、玩具、有机着色剂、热复写墨水附着剂、热熔胶合剂等。

但聚乳酸(PLA) 与聚己内酯(PCL)均比目前工业上广泛应用的石油基工程塑料的强度和韧性相对较差，从而大大限制了它们的广泛应用。

本发明将PLA/PCL共混物纤维与PCL基体结合起来，当PLA/PCL共混物纤维与PCL基体在高于PCL熔点但低于PLA熔点的温度下经热压结合时，纤维表面的PCL组分会与基体PCL融合，即PCL基体能够“嵌入”到纤维的表层甚至更深处，这就相当于增加了纤维的比表面积，加强了纤维与基体的粘结，即共混物纤维中的PCL组分可充当“胶黏剂”的角色，使纤维与基体紧密结合，使得制备的复合材料力学强度好，用途广泛。

 

发明内容

本发明的目的是提供一种纳米纤维增强的聚乳酸/聚己内酯复合材料及其制备方法，该复合材料的制备方法简单易行，且使得制得的复合材料具有良好的力学性能。

一种纳米纤维增强的聚乳酸/聚己内酯复合材料的制备方法，包括以下步骤：

（1）将聚乳酸30-40份与聚己内酯60-70份溶解在溶剂中，磁力搅拌2-20h，得到均匀的纺丝溶液；

（2）将纺丝溶液加入静电纺丝装置中，接通电源，在10-20KV电压下进行静电纺丝，纤维经拉伸、溶剂挥发并固化后直接沉淀于聚己内酯基体的接收板上，干燥得电纺纤维增强体片材；

（3）将电纺纤维增强体片材90-110份和聚己内酯片材40-60份以layer-by-layer型结构叠加，用液压成型机压制成型后，在硫化仪上于室温条件下冷压1-10min，得纳米纤维增强的聚乳酸/聚己内酯复合材料。

所述步骤（1）中溶剂为三氯甲烷和二甲基甲酰胺按重量比为2：3组成。

所述步骤（2）中干燥是指在50-80℃下真空干燥20-24h。

所述步骤（3）中液压成型机的温度为100-150℃、压力为10-20Mpa、压制时间为5-10min。

本发明另一个目的是提供一种前述制备方法制备的纳米纤维增强的聚乳酸/聚己内酯复合材料。

静电纺丝是高分子固化成纤维的一种方法，是指高分子流体静电雾化的特殊形式，此时雾化分裂出的物质不是微小液滴，而是聚合物微小射流，可以运行相当长的距离，最终固化成纤维。

静电纺丝装置是带0.01-0.1mm内径针头的注射器与接收装置组成。

本发明中静电纺丝的具体过程为：将纺丝溶液加入带0.01-0.1mm内径针头的注射器中，电源的正极插入此溶液内或者与针头相连，电源的负极与能制备有序纤维的接收装置相连，纺丝溶液在微量注射泵的推进下匀速流出。待调节好针尖与接收装置之间的距离和溶液流速后，接通电源，在10-20KV电压下进行静电纺丝，纤维经拉伸、溶剂挥发、固化后直接沉淀于接收装置上，接收装置是聚己内酯为基体的接收板。沉淀物在50℃-80℃下真空干燥20-24h，让残留溶剂完全挥发完全，得电纺纤维增强体片材。

本发明中“layer-by-layer型”结构叠加是公知的层叠结构，即指逐层叠加而形成的结构。在本发明中是将一定数量的电纺纤维增强体片材和聚己内酯片材按照一层电纺纤维增强体片材、一层聚己内酯片叠加而形成的结构片材、再一层电纺纤维增强体片材逐层