聚己内酯自增强复合材料的制备及性能研究

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1、学校代码：10255学号：1142070东华大学博士学位论文聚己内酯自增强复合材料的制备及性能研究PREPARATIONANDPROPERTIESOFSELF-REINFORCEDPOLY(-CAPROLACTONE)COMPOSITES姓名：韩磊申请学位级别：博士专业：纺织化学与染整工程指导教师：毛志平徐红答辩日期：2018年5月31日东华大学学位论文原创性声明本人郑重声明：我恪守学术道德，崇尚严谨学风。所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果。除文中已明确注明和引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品及成

2、果的内容。论文为本人亲自撰写，我对所写的内容负责，并完全意识到本声明的法律结果由本人承担。学位论文作者签名：韩磊日期：年月日东华大学学位论文版权使用授权书学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅或借阅。本人授权东华大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。保密□，在年解密后适用本版权书。本学位论文属于不保密□。学位论文作者签名：指导教师签名：日期：年月日日期：年月东华大学博士学位论文摘要聚己内酯自增强复合

3、材料的制备及性能研究摘要聚己内酯(PCL)作为一种具有生物降解性和生物相容性的脂肪族聚酯，在生物医学领域具有广泛应用，例如药物释放、伤口敷料、组织修复等。然而，PCL自身存在着降解速率慢、力学强度低等问题，因此限制了PCL作为承重组织工程支架用于人体器官或组织的修复。制备PCL基复合材料实现其力学性能增强及复合材料生物相容性和生物降解性的改善是聚己内酯应用研究的主要方向。自增强复合材料具有原料来源广、比重轻、易循环、制备方法简单等特点。聚合物基自增强复合材料由高度各向异性的增强相与各向同性或向异性程度较低的基相组成，增强相起到承载应力的作用，基相通过熔化-冷却过程

4、将增强相粘结起来。增强相与基相为同源化合物，具有相同或相似的化学组成，因此基相与增强相的界面相容性良好，有助于实现复合材料力学性能的提高。将自增强复合材料的概念用于制备聚己内酯自增强复合材料，可以提高聚己内酯力学强度。由于复合材料中没有引入异相材料，不会破坏PCL的生物相容性和生物降解性。本文通过分子结构设计合成低熔点PCL与自成核促进PCL熔融结晶两种手段，并结合熔融纺丝纤维拉伸工艺，制备具有不同熔点的基相与增强相，利用热压法制备了PCL自增强复合材料。系统研究了基相与增强相I东华大学博士学位论文摘要的热行为、结晶性能、力学性能对于PCL自增强复合材料力学性能的

5、影响。进一步分别以细胞培养法和缓冲溶液浸渍法研究了自增强复合材料的生物降解性和生物相容性。本论文首先采用创造加工温度窗口的方法并结合热压工艺制备聚己内酯自增强复合材料。首先，通过降低基质熔点创造加工温度窗口。利用封端法制备聚己内酯预聚体，以此预聚体和两种不同分子量的聚己内酯二元醇进行缩聚反应得到低熔点聚己内酯，并以此为自增强复合材料的基相。另一方面，采用熔融纺丝拉伸工艺制备PCL拉伸纤维，并作为复合材料的增强相。DSC测试表明调整反应体系中各组分的含量以及纤维拉伸倍率能够创造出制备自增强复合材料所需要的温度加工窗口。以拉伸纤维为增强相，合成低熔点PCL为基相，结合

6、纤维浸渍法制备双组分纤维束，并基于此双组份纤维束制备了聚己内酯自增强复合材料。热压温度影响基质和纤维的熔化程度，热压压力影响基质的流动性和基质对纤维的浸润程度；SEM照片表明热压温度为52.5C、热压压力为3.92KN时基质熔化较充分，纤维没有熔化，且基质对纤维的浸润较为均匀和充分。纤维拉伸倍率为10时，复合材料在此热压工艺下纵向拉伸杨氏模量、断裂强度比本体PCL分别提高59%和250%，但横向拉伸强度稍有下降。其次，采用同源成核剂促进复合材料结晶的方法制备聚己内酯自增强复合材料。以PCL-丙酮溶液和尿素-甲醇溶液为原料，采用非共价键包合法制备了具有主客体结构的

7、PCL-尿素包合物共晶，其中主体为尿素六元环，客体为PCL分子链。完全被包合的PCL-尿素包合II东华大学博士学位论文摘要物可以通过甲醇清洗将尿素完全去除，并得到聚结PCL。以聚结PCL为自成核剂通过熔融共混的方法将其分散在PCL基质中，得到了含有不同成核剂含量的自成核型聚己内酯自增强复合材料。XRD测试表明聚结PCL与自成核型PCL自增强复合材料的结晶结构与本体PCL完全相同。改变成核剂用量，研究自成核剂对于复合材料等温结晶动力学的影响。研究发现，加入成核剂后PCL自增强复合材料的结晶温度提高，结晶速率加快，且成核剂含量越多，自成核型PCL自增强复合材料结晶速率

8、越快。复合