CH⁃S04对熔体微分电纺聚乳酸纤维的增强改性研究

doi:10.19491/j.issn.1001-9278.2025.02.001

中国塑料 ›› 2025, Vol. 39 ›› Issue (2): 1-5.DOI: 10.19491/j.issn.1001-9278.2025.02.001

• 材料与性能 •

CH⁃S04对熔体微分电纺聚乳酸纤维的增强改性研究

李万隆¹, 杨卫民¹, 王朔¹, 李长金², 张杨¹, 谭晶¹, 阎华¹, 李好义¹()

^1.北京化工大学机电工程学院，北京 100029
^2.中石化（北京）化工研究院有限公司，北京 100029

收稿日期:2023-08-14 出版日期:2025-02-26 发布日期:2025-02-27
通讯作者: 李好义（1987—），男，副教授，从事高分子材料微纳米纤维先进制造研究，lhy@mail.buct.edu.cn
E-mail:lhy@mail.buct.edu.cn
基金资助:
国家重点研发计划(2022YFB3804204);中国石化总部科技部项目(222014)

Study on enhancement modification of melt⁃differential electrospun poly（lactic acid） fiber with CH⁃S04

LI Wanlong¹, YANG Weimin¹, WANG Shuo¹, LI Changjin², ZHANG Yang¹, TAN Jing¹, YAN Hua¹, LI Haoyi¹()

^1.College of Mechanical and Electrical Engineering，Beijing University of Chemical Technology，Beijing 100029，China
^2.Sinopec （Beijing） Chemical Research Institute Co，LTD，Beijing 100029，China

Received:2023-08-14 Online:2025-02-26 Published:2025-02-27
Contact: LI Haoyi E-mail:lhy@mail.buct.edu.cn

摘要/Abstract

摘要：

引入一种有机无机复合成核剂CH⁃S04用于提高增强聚乳酸（PLA）超细纤维力学性能。研究了不同纺丝温度、纺丝电压条件下PLA/CH⁃S04纤维膜的非等温结晶行为和CH⁃S04在多级牵伸工艺中的作用机理，并对PLA/CH⁃S04纤维膜的力学性能进行了测试与表征。结果表明：当纺丝温度为220 ℃、纺丝电压为50 kV时，PLA/CH⁃S04纤维膜的结晶度分别达到最大值26.61 %和32.32 %，较于纯PLA纤维膜结晶度分别提升18.02 %和23.73 %；在不同的纺丝接收形式中，施加电压与气流辅助并且用辊子收集，CH⁃S04对PLA的结晶性能提升效果最佳，结晶度为36.66 %，较于纯PLA纤维膜结晶度提升了28.07 %；当纺丝温度为240 ℃，纺丝电压为50 kV时，PLA/CH⁃S04纤维膜拉伸强度为12.33 MPa，较于纯PLA纤维膜提高11.58 %。

关键词: 静电纺丝, 聚乳酸, 熔体, 结晶度, 力学强度

Abstract:

In this study， an organic⁃inorganic compounded nucleating agent （CH⁃S04） was used to enhance the mechanical properties of poly（lactic acid）（PLA） microfibers. The non⁃isothermal crystallization behavior of the resultant PLA/CH⁃S04 fiber films as well as the action mechanism of CH⁃S04 in the multistage drafting process were studied under different spinning temperatures and voltages， and their mechanical properties of PLA/CH⁃S04 fiber films were characterized. The results indicated that when the spinning temperature was 220 ℃ and the spinning voltage was 50 kV， the degrees of crystallinity of PLA/CH⁃S04 fiber films reached maximum values of 27.12 % at a spinning temperature of 220 ℃ and 32.32 % at a spinning voltage of 50 kV， which were 18.53 % and 23.73 % higher than that of pure PLA fiber film， respectively. In different spinning receiving forms， CH⁃S04 achieved the best crystallization enhancing effect on PLA when applying voltage and air flow together with collecting by a roller. The resulting PLA/CH⁃S04 fiber film obtained a degree of crystallinity of 36.66 %， which was 28.07 % higher than that of pure PLA fiber film. The PLA/CH⁃S04 fiber film obtained tensile strength 12.33 MPa at a spinning temperature of 240 ℃ and a spinning voltage of 50 kV， which was 11.58 % higher than that of pure PLA fiber film.

Key words: electrospinning, poly（lactic acid）, melt, degree of crystallinity, mechanical strength

中图分类号:

TQ320.6

李万隆, 杨卫民, 王朔, 李长金, 张杨, 谭晶, 阎华, 李好义. CH⁃S04对熔体微分电纺聚乳酸纤维的增强改性研究[J]. 中国塑料, 2025, 39(2): 1-5.

LI Wanlong, YANG Weimin, WANG Shuo, LI Changjin, ZHANG Yang, TAN Jing, YAN Hua, LI Haoyi. Study on enhancement modification of melt⁃differential electrospun poly（lactic acid） fiber with CH⁃S04[J]. China Plastics, 2025, 39(2): 1-5.

图/表 10

图1 熔体微分静电纺丝装置

Fig.1 Melt differential electrospinning device

图2 不同纺丝温度下PLA/CH⁃S04纤维膜的DSC升温曲线

Fig.2 DSC temperature rise curves of the PLA/CH⁃S04 fiber membranes at different spinning temperature

纺丝温度/ ℃	T_g/℃	T_c/℃	∆H_cc/ J∙g^-1	T_m/℃	∆H_m/ J∙g^-1	X_c/%
210	57.07	83.39	22.27	169.48	45.52	25.09
220	58.56	84.85	24.09	171.85	48.75	26.61
230	59.53	87.43	25.93	173.55	47.07	22.81
240	56.53	86.13	28.36	167.97	44.66	17.59
250	55.00	85.79	27.90	167.95	43.37	16.69

表1 不同纺丝温度下PLA/CH⁃S04纤维膜的非等温结晶DSC特征参数

Tab.1 DSC characteristics of non⁃isothermal crystallization of the PLA/CH⁃S04 fiber films at different spinning temperature

图3 不同纺丝电压下的PLA/CH⁃S04纤维膜DSC升温曲线

Fig.3 DSC temperature rise curves of the PLA/CH⁃S04 fiber films at different spinning voltage

纺丝电压/ kV	T_g/℃	T_c/℃	∆H_cc/ J∙g^-1	T_m/℃	∆H_m/ J∙g^-1	X_c/%
45.0	56.95	86.07	26.18	170.38	47.78	23.31
47.5	56.90	84.70	27.04	170.60	49.94	24.71
50.0	59.38	89.70	20.46	174.88	50.41	32.32
52.5	59.69	86.71	23.55	174.84	48.83	27.28
55.0	56.53	86.13	28.36	167.97	44.66	17.59

表2 不同纺丝电压下的PLA/CH⁃S04纤维膜非等温结晶DSC特征参数

Tab.2 DSC characteristics of non⁃isothermal crystallization of the PLA/CH⁃S04 fiber films at different spinning voltage

图4 不同纺丝接收形式示意图

Fig.4 Schematic diagrams of different spinning reception forms

图5 不同纺丝接收形式的PLA与PLA/CH⁃S04纤维膜的DSC升温曲线

Fig.5 DSC temperature rise curves of the PLA and PLA/CH⁃S04 fiber films prepared using different spinning receiving forms

测试样品	纺丝工艺	T_c/℃	∆H_cc/ J∙g^-1	T_m/℃	∆H_m/ J∙g^-1	X_c/%
PLA	A	101.92	32.12	172.75	47.36	16.28
	B	104.25	27.52	170.88	50.93	25.01
	C	92.03	22.11	171.13	52.35	32.31
PLA/CH⁃S04	A	91.12	19.81	170.35	36.08	17.56
	B	87.44	17.31	174.64	46.99	32.03
	C	90.85	15.93	175.82	49.90	36.66

表3 不同纺丝接收形式的PLA与PLA/CH⁃S04纤维膜的DSC特征参数

Tab.3 DSC characteristics of the PLA and PLA/CH⁃S04 fiber films prepared using different spinning receiving forms

图6 不同纺丝接收形式的PLA与PLA/CH⁃S04纤维膜结晶度变化

Fig.6 Changes of crystallinity of the PLA and PLA/CH⁃S04 fiber films prepared using different spinning receiving forms

图7 纺丝条件对PLA/CH⁃S04纤维膜力学性能的影响

Fig.7 Effect of spinning conditions on mechanical properties of the PLA/CH⁃S04 fiber films

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CH⁃S04对熔体微分电纺聚乳酸纤维的增强改性研究

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