高温高速气流场中高强柔韧PCL/PLA熔喷材料的结构演变与力学和电荷储存稳定性研究

Polylactic acid (PLA) nonwoven，as the high efficiency filter materials, exhibited excellent biodegradability. However, PLA meltblown materials also have some defects such as low strength, poor flexibility and the stability of charge storage.So it was important for us to study structure evolution of PLA meltblown materials in high speed and high temperature air flow field, control melting phase and crystal structure and optimize the structure and performance of PLA nonwovens. The high strength and flexibility of the PCL/PLA meltblown was prepared and the compatibility between PLA and PCL was analysized using the method of online sampling. The change of phases structure and crystal structure evolution in high temperature and high speed air flow field under multiple decoupling conditions including the ladder cooling field were researched systematically. The key factors and the inherent laws of the phase and the crystal structure changes of the PCL/PLA material were analyzed and the crystalline structure mathematical model of PCL/PLA composite was established. Then, the effect of the structure of PCL/PLA meltblown on the mechanics performance and charge storage stability of the PCL/PLA meltblown materials was studied and the association of material composition, flow field, phase, crystal structure and properties of the meltblown material was established. It may provide a theoretical basis for the preparation of high strength and flexible PCL/PLA meltblown material by our research.

作为高效滤材的聚乳酸（PLA）熔喷材料具有优异的可降解性能，但是还存在强力低、柔性和电荷储存稳定性差等不足，因此研究PLA熔喷材料在高温高速气流场中的结构演变，实现对熔喷材料相态和结晶结构的控制，优化其结构和性能，具有重要的意义。本课题以聚己内酯（PCL）增韧PLA，制备高强柔韧PCL/PLA熔喷材料，分析PCL与PLA之间的相容性，并采用在线取样的方法，引入阶梯冷却场，系统研究PCL/PLA共混材料在高温高速气流场中多元耦和条件下的相态和结晶结构演变，探索影响共混材料相态和结晶结构变化的关键因素与内在规律，建立气流场中的PCL/ PLA复合材料的结晶结构数学模型。通过分析PCL/ PLA熔喷材料的结构对材料力学和电荷稳定性等性能的影响，建立材料组成、流场、相态、结晶结构和性能之间的关联，实现对熔喷材料的结构和性能的有效调控，为高强柔韧PCL/ PLA熔喷材料的制备提供理论依据。

针对目前PLA熔喷非织造材料强力低和柔性差的缺点，本项目以PCL增韧PLA熔喷材料，以完全可降解小分子增容剂和合成的PLA-PCL-PLA嵌段共聚物为增容剂，制备PLA/PCL复合母粒，通过深入分析研究母粒内部织态结构、聚集态结构和相态结构变化规律，明晰对母粒相容性影响的主要因素；在综合分析PLA/PCL熔喷非织造材料的结构与性能以及对改性PLA/PCL复合母粒制备及其性能研究的基础上，结合流场中PLA材料的结构和性能分析，确定复合母粒的制备工艺，制备增容PLA/PCL熔喷非织造材料，研究分析经历高速和高温场后，材料结构与性能的变化，探索了PLA复合材料的柔韧机理。研究表明，不论小分子增容还是合成的嵌段PLA-PCL-PLA，都有利于PLA/PCL共混材料结构和性能的改善，相容剂的添加在一定程度上改善了材料的流变性能，从而提高了材料的可纺性；在结构上，聚集态结构对熔喷材料力学性能和空间电荷的稳定性有决定性的影响，结晶度高的材料，其力学性能和空间电荷的稳定性较好。在纤网结构方面，纤维直径的细化，有利于熔喷材料电荷捕集、保持性能的提高以及过滤性能的改善；当纤维直径控制在0.5μm～3μm之间时，熔喷材料具有较好的过滤性能和过滤性能的稳定性。研究工作按照项目计划任务书的要求完成，取得了一系列成果。目前已经掌握高强柔韧高效低阻熔喷PLA/PCL熔喷材料制备技术，明确了牵伸流场和材料结构对熔喷材料力学性能和过滤性能及其稳定性的影响规律。培养硕士研究生2名，发表和录用论文8篇，其中SCI/EI期刊论文5篇，申请国家发明专利3项。.