摘 要：針對(duì)聚己內(nèi)酯（PCL）力學(xué)強(qiáng)度不足的問(wèn)題，以單向蠶絲片為增強(qiáng)體，PCL為樹脂基體，通過(guò)熱壓成型工藝制備了單向蠶絲/PCL復(fù)合材料。為了獲得界面結(jié)合良好的單向蠶絲/PCL復(fù)合材料，采用Na2CO3溶液對(duì)單向蠶絲片進(jìn)行脫膠處理。利用掃描電鏡、接觸角測(cè)定儀、萬(wàn)能強(qiáng)力儀、擺錘沖擊試驗(yàn)機(jī)、熱重分析儀等研究了不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)的Na2CO3溶液脫膠處理對(duì)單向蠶絲片表面性質(zhì)及蠶絲/PCL復(fù)合材料力學(xué)性能和熱穩(wěn)定性能的影響。結(jié)果表明：經(jīng)過(guò)脫膠處理后，單向蠶絲片浸潤(rùn)性改善；在質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1.5%Na2CO3溶液中脫膠1 h后，蠶絲表面絲膠基本除盡，樹脂基體對(duì)單向蠶絲片浸潤(rùn)效果良好，復(fù)合材料中單向蠶絲片與PCL基體結(jié)合緊密，單向蠶絲/PCL復(fù)合材料的力學(xué)性能最好；與未脫膠單向蠶絲/PCL復(fù)合材料相比，脫膠后的彎曲強(qiáng)度和沖擊強(qiáng)度提高了87.06%和56.25%；單向蠶絲片脫膠處理后，單向蠶絲/PCL復(fù)合材料的熱穩(wěn)定性能變好。脫膠處理后的單向蠶絲片作為增強(qiáng)體應(yīng)用于可降解復(fù)合材料中，獲得的單向蠶絲/PCL復(fù)合材料界面結(jié)合良好、力學(xué)性能優(yōu)良，表明其在可降解天然纖維增強(qiáng)復(fù)合材料領(lǐng)域中應(yīng)用潛力巨大。

關(guān)鍵詞：蠶絲；聚己內(nèi)酯；復(fù)合材料；蠶絲脫膠；熱壓；力學(xué)性能；熱穩(wěn)定性能

中圖分類號(hào)：TS14

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

文章編號(hào)：1009-265X（2024）11-0081-08

可降解天然纖維增強(qiáng)復(fù)合材料是以天然纖維為增強(qiáng)體，可降解高分子聚合物為基體，采用真空輔助成型技術(shù)、模壓成型技術(shù)、纖維預(yù)成型技術(shù)等復(fù)合而成的一種新型可降解材料［1-2］。隨著社會(huì)的發(fā)展和綠色環(huán)保理念的傳播，可降解的天然纖維增強(qiáng)復(fù)合材料的需求也在不斷增加。越來(lái)越多的研究者利用麻纖維［3-4］、竹纖維［5-6］、秸稈纖維［7］、楊絮纖維［8］等天然植物纖維，或利用蠶絲［9-10］、羊毛［11］等天然動(dòng)物纖維制備可降解天然纖維增強(qiáng)復(fù)合材料。蠶絲是由絲素蛋白和絲膠蛋白構(gòu)成的一種天然高分子聚合物，它不僅具有良好的彈性、柔韌性與理化均一性，并且有著良好的生物可降解性和生物相容性［12］。

目前對(duì)于蠶絲復(fù)合材料的研究多以蠶絲蛋白［13-14］或絲素短纖［15］為主體，將生絲作為增強(qiáng)體，也有將蠶絲織造成織物形態(tài)進(jìn)行復(fù)合［9-10］。單向蠶絲片是將繭絲從蠶繭中抽出，并將抽出的繭絲按單個(gè)方向平行緊密排列，然后依靠絲膠緊密膠著成型的一種蠶絲絮狀材料，主要應(yīng)用于家紡領(lǐng)域，但在其他領(lǐng)域，單向蠶絲片的應(yīng)用相對(duì)較少。聚己內(nèi)酯（Polycaprolactone，PCL）是一種熔點(diǎn)低，抗沖擊性能優(yōu)良，柔韌性強(qiáng)，生物可降解性好、生物相容性高的可降解樹脂材料［16］，但是PCL力學(xué)強(qiáng)度不高、降解速度較慢的缺點(diǎn)，限制了PCL在相關(guān)領(lǐng)域的進(jìn)一步應(yīng)用。將單向蠶絲片作為與PCL材料復(fù)合的增強(qiáng)體，有望提高PCL復(fù)合材料的力學(xué)強(qiáng)度，并且能夠拓展單向蠶絲片在可降解天然纖維增強(qiáng)復(fù)合材料領(lǐng)域的應(yīng)用，為其在組織工程領(lǐng)域的應(yīng)用提供參考。

本文以單向蠶絲片作為增強(qiáng)體，PCL作為樹脂基體，采用熱壓成型技術(shù)來(lái)制備單向蠶絲/PCL復(fù)合材料。為了改善單向蠶絲片與PCL的界面結(jié)合，采用Na2CO3溶液對(duì)單向蠶絲片進(jìn)行脫膠處理，通過(guò)對(duì)單向蠶絲/PCL復(fù)合材料力學(xué)性能和熱穩(wěn)定性能的測(cè)試，研究單向蠶絲片的脫膠處理對(duì)單向蠶絲/PCL復(fù)合材料性能的影響。

1 實(shí)驗(yàn)

1.1 實(shí)驗(yàn)材料

單向蠶絲片：嘉興秦越家紡有限公司生產(chǎn)。聚己內(nèi)酯：CAPA6800，平均分子摩爾質(zhì)量8×104 g/mol，熔點(diǎn)58～60 ℃，美國(guó)SOLVAY公司生產(chǎn)。二氯甲烷：AR，平均分子質(zhì)量84.93，杭州高晶精細(xì)化工有限公司生產(chǎn)。無(wú)水碳酸鈉：AR，粉末狀，國(guó)藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司生產(chǎn)。聚酰亞胺薄膜：厚度為0.1 mm，萬(wàn)達(dá)微電子材料有限公司生產(chǎn)。

1.2 實(shí)驗(yàn)設(shè)備

數(shù)顯恒溫水浴鍋（HH-2，常州普天儀器制造有限公司）；數(shù)顯電動(dòng)攪拌器（JJ-1A，杭州齊威儀器有限公司）；恒溫干燥箱（LC-101-1B，上海力辰儀器科技有限公司）；半自動(dòng)平板硫化儀（QLB-25T，江蘇無(wú)錫市中凱橡塑機(jī)械有限公司）；金剛石帶鋸切割機(jī)（SYJ-D2000，沈陽(yáng)市科晶自動(dòng)化設(shè)備有限公司）；電子天平（HZ1002A，慈溪紅鉆衡器設(shè)備有限公司）；萬(wàn)能強(qiáng)力儀（MTS，MTS工業(yè)系統(tǒng)（中國(guó)）有限公司）；擺錘沖擊試驗(yàn)機(jī)（NI500C，鋼研納克檢測(cè)技術(shù)有限責(zé)任公司）；掃描電子顯微鏡（JSM-5610LV，日本電子株式會(huì)社）；接觸角測(cè)定儀（JY-PHb，上海秉精儀器設(shè)備有限公司）；熱重分析儀（TGA550，美國(guó)TA儀器公司）。

1.3 試樣制備

1.3.1 單向蠶絲片的脫膠處理

蠶絲在制備復(fù)合材料前通常要進(jìn)行脫膠處理，常見的脫膠方法有堿脫膠、酸脫膠、高溫高壓脫膠、酶脫膠等，Na2CO3是最常用的脫膠試劑［17-18］。單向蠶絲片絲膠含量多，纖維緊密粘連，為了更有效、更快速地脫除絲膠，選擇Na2CO3作為脫膠試劑。將單向蠶絲片放入恒溫干燥箱中烘干，烘干溫度設(shè)定為45 ℃，烘干至單向蠶絲片質(zhì)量恒定不變，取出稱重并記為W1，為保持單向蠶絲片脫膠后蠶絲纖維能夠保持順直，減少糾纏粘連，將單向蠶絲片用網(wǎng)格布上下縫制固定。用去離子水配置0.0%、0.5%、1.0%、1.5%、2.0%質(zhì)量分?jǐn)?shù)的Na2CO3溶液，將固定后的單向蠶絲片放入含有Na2CO3溶液的燒杯中，置于水浴鍋中脫膠1 h，其中水浴比為1∶50，水浴溫度設(shè)定為100 ℃。脫膠之后將單向蠶絲片取出洗滌，直至測(cè)得的溶液pH=7，拆除網(wǎng)格布，放入45 ℃恒溫干燥箱中，烘干至質(zhì)量恒定不變，取出稱重并計(jì)為W2，裝于密封袋中備用。

1.3.2 單向蠶絲/PCL復(fù)合材料的制備

根據(jù)前期探索實(shí)驗(yàn)的結(jié)果，當(dāng)單向蠶絲片與PCL質(zhì)量比為3∶7時(shí)，單向蠶絲/PCL復(fù)合材料的力學(xué)性能最佳，因此，本文選擇該比例進(jìn)行復(fù)合材料的制備。根據(jù)單向蠶絲片質(zhì)量，確定PCL母粒質(zhì)量。稱取適量二氯甲烷倒入燒杯，緩慢加入適量PCL母粒，置于38 ℃的恒溫水浴鍋中加熱并用增力電動(dòng)攪拌器快速攪拌，直到PCL母粒完全溶解，配制出質(zhì)量分?jǐn)?shù)為20%的PCL溶液。

將烘干后的單向蠶絲片放入PCL溶液中浸潤(rùn)30 min，浸潤(rùn)充分后取出，平鋪于合適大小容器中，待溶劑揮發(fā)后，按圖中鋪層方法將預(yù)制件平鋪在模具中，放入半自動(dòng)平板硫化儀上模壓成型，熱壓溫度設(shè)置為90 ℃，壓強(qiáng)設(shè)置為4 MPa，時(shí)間設(shè)置為30 min，熱壓后自然冷卻至室溫并脫模，得到厚度為2 mm的單向蠶絲/PCL復(fù)合材料。單向蠶絲/PCL復(fù)合材料熱壓制備工藝如圖1所示。本文對(duì)單向蠶絲/PCL復(fù)合材料進(jìn)行處理，A為未脫膠處理，A1—A5依次為將單向蠶絲片放入含有質(zhì)量分?jǐn)?shù)0.0%、0.5%、1.0%、1.5%和2.0%Na2CO3的去離子水溶液進(jìn)行脫膠處理；此外，純PCL材料記為B。

1.4 測(cè)試與表征

1.4.1 微觀形貌觀察

使用JSM-5610LV掃描電鏡對(duì)未脫膠蠶絲、脫膠蠶絲表面形貌及其復(fù)合材料截面形貌進(jìn)行觀察。

1.4.2 蠶絲脫膠率

根據(jù)蠶絲脫膠處理前后干重以公式（1）計(jì)算單向蠶絲片纖維脫膠率R：

R/%=W1-W2W1×100（1）

式中：W1為脫膠處理前的單向蠶絲片質(zhì)量，g；W2為脫膠處理后的單向蠶絲片質(zhì)量，g。

1.4.3 接觸角測(cè)試

使用接觸角測(cè)定儀對(duì)不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)Na2CO3溶液脫膠處理后的單向蠶絲片進(jìn)行接觸角測(cè)試。

1.4.4 力學(xué)性能測(cè)試

彎曲性能按照GB/T 1449—2005《纖維增強(qiáng)塑料彎曲性能試驗(yàn)方法》，在MTS萬(wàn)能強(qiáng)力儀進(jìn)行3點(diǎn)彎曲測(cè)試，試驗(yàn)速度設(shè)為10 mm/min。

沖擊強(qiáng)度按照GB/T 1043.1—2008《塑料 簡(jiǎn)支梁沖擊性能的測(cè)定第1部分：非儀器化沖擊實(shí)驗(yàn)》，在擺錘沖擊試驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行測(cè)試，測(cè)試試樣為無(wú)缺口樣條，擺錘初始仰角為150°，接觸試樣瞬間的沖擊速度為5 m/s。

1.4.5 TG測(cè)試

使用TGA550熱重分析儀對(duì)純PCL、未脫膠單向蠶絲/PCL復(fù)合材料、脫膠單向蠶絲/PCL復(fù)合材料進(jìn)行測(cè)試。樣品在氮?dú)夥諊?，?0 ℃/min的速度升溫，溫度范圍為25 ℃至700 ℃。

2 結(jié)果與討論

2.1 不同Na2CO3溶液質(zhì)量分?jǐn)?shù)對(duì)單向蠶絲片脫膠率的影響

脫膠處理對(duì)單向蠶絲片脫膠率的影響如圖2所示。從圖2中可以看出，同樣的脫膠時(shí)間和溫度條件下，Na2CO3的加入使蠶絲脫膠率有明顯提升，并且隨著Na2CO3溶液質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增加，單向蠶絲片的脫膠率逐漸提高。絲膠在蠶絲中的比例占20%～30%，當(dāng)以1.5%Na2CO3（A4）溶液脫膠時(shí)，單向蠶絲片脫膠率與未加Na2CO3（A1）脫膠相比成倍提高，脫膠率達(dá)到了26.93%。

2.2 脫膠處理對(duì)單向蠶絲片浸潤(rùn)性的影響

Na2CO3溶液脫膠前后單向蠶絲片接觸角的變化如圖3所示。由圖3可知，未經(jīng)脫膠處理的單向蠶絲片接觸角最大，其接觸角達(dá)120.75°，單向蠶絲片浸潤(rùn)性較差。隨著Na2CO3的加入和Na2CO3溶液質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增加，單向蠶絲片表面的絲膠和一些蠟質(zhì)、油脂等雜質(zhì)被逐漸脫除，單向蠶絲片的接觸角逐漸變小。脫膠處理后，單向蠶絲片作為蠶絲纖維集合體，脫膠后表層纖維脫散，表面粗糙度增加，單向蠶絲片變得相對(duì)松散，液體更容易滲透單向蠶絲片，單向蠶絲片的浸潤(rùn)性得到改善。

2.3 脫膠處理對(duì)蠶絲纖維表面微觀形貌的影響

脫膠處理對(duì)蠶絲纖維表面微觀形貌的影響如圖4所示。對(duì)比圖4（a）—（b），可以發(fā)現(xiàn)未脫膠蠶絲表面包覆著大量絲膠，當(dāng)未加Na2CO3進(jìn)行堿脫膠時(shí)，僅有少量絲膠被脫去，蠶絲纖維表面仍存在大量絲膠。根據(jù)圖4（c）—（e），可以看出隨著Na2CO3溶液質(zhì)量分?jǐn)?shù)逐漸增加，蠶絲表面的絲膠逐漸被去除，當(dāng)Na2CO3溶液質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.5%時(shí)，蠶絲纖維表面還有大片絲膠覆蓋；當(dāng)Na2CO3溶液質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1.0%時(shí)，蠶絲表面仍存在部分點(diǎn)狀絲膠；當(dāng)Na2CO3溶液質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1.5%時(shí)，絲膠基本被脫盡。從圖4（f）可以看出，當(dāng)Na2CO3溶液質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2.0%時(shí)，絲素受到損傷，說(shuō)明Na2CO3已經(jīng)對(duì)蠶絲纖維產(chǎn)生破壞。

2.4 脫膠處理對(duì)單向蠶絲/PCL復(fù)合材料中單向蠶絲片浸潤(rùn)效果的影響

單向蠶絲/PCL復(fù)合材料截面形態(tài)如圖5所示，其中，未脫膠單向蠶絲/PCL復(fù)合材料以未脫膠處理的單向蠶絲片為增強(qiáng)體，脫膠單向蠶絲/PCL復(fù)合材料以1.5%Na2CO3（A4）溶液脫膠處理的單向蠶絲片為增強(qiáng)體。結(jié)合圖4（a）—（e），通過(guò)圖5（a）可以看出，單向蠶絲片未脫膠前，絲素纖維被大量絲膠緊密包裹，疏水的PCL樹脂難以透過(guò)單向蠶絲片表層緊密膠著的蠶絲纖維進(jìn)入單向蠶絲片內(nèi)部，PCL基體無(wú)法完全浸潤(rùn)單向蠶絲片內(nèi)部的蠶絲纖維，纖維與纖維之間存在較大空隙。通過(guò)圖5（b）可以看出，單向蠶絲片經(jīng)過(guò)脫膠處理后，蠶絲表面絲膠被脫除，絲素纖維不再被絲膠緊密粘連，單向蠶絲片變的松散，PCL基體可以更好地浸潤(rùn)到單向蠶絲片內(nèi)部，蠶絲纖維之間空隙明顯變小，毛細(xì)浸潤(rùn)作用加強(qiáng)，纖維集合體的芯吸作用更加明顯，樹脂基體對(duì)單向蠶絲片浸潤(rùn)效果變好，單向蠶絲片與PCL樹脂之間結(jié)合變得緊密，說(shuō)明單向蠶絲片的脫膠處理可以改善PCL樹脂對(duì)單向蠶絲片的浸潤(rùn)效果，蠶絲與PCL樹脂結(jié)合更加緊密，復(fù)合材料中的空隙變小、變少，從而有利于提高單向蠶絲/PCL復(fù)合材料的性能。

2.5 脫膠處理對(duì)單向蠶絲/PCL復(fù)合材料力學(xué)性能的影響

為了研究單向蠶絲片的脫膠處理對(duì)單向蠶絲/PCL復(fù)合材料力學(xué)性能的影響，本文對(duì)復(fù)合材料抗彎曲性能和抗沖擊性能測(cè)試結(jié)果進(jìn)行單因素方差分析，方差分析計(jì)算結(jié)果如表1所示。首先對(duì)試樣彎曲強(qiáng)度和沖擊強(qiáng)度和進(jìn)行方差齊性檢驗(yàn)，P＞0.05，滿足方差齊性；方差分析結(jié)果顯示彎曲強(qiáng)度的F值為33.704，沖擊強(qiáng)度的F值為103.863，P＜0.001，說(shuō)明各組之間的彎曲強(qiáng)度和沖擊強(qiáng)度存在顯著的統(tǒng)計(jì)學(xué)差異。因?yàn)楦鹘M數(shù)據(jù)具有方差齊性，采用LSD法比較各組數(shù)據(jù)之間的差異。方差分析計(jì)算結(jié)果見表1，由表1可知單向蠶絲片經(jīng)1.5％Na2CO3（A4）溶液脫膠后，制備的單向蠶絲/PCL復(fù)合材料的彎曲性能顯著大于其他組別的單向蠶絲/PCL復(fù)合材料；當(dāng)單向蠶絲片使用Na2CO3溶液進(jìn)行脫膠后，單向蠶絲/PCL復(fù)合材料的沖擊性能顯著提升。

純PCL及單向蠶絲/PCL復(fù)合材料的彎曲強(qiáng)度和沖擊強(qiáng)度如圖6所示，由圖可知，單向蠶絲/PCL復(fù)合材料的力學(xué)性能優(yōu)于純PCL材料，說(shuō)明單向蠶絲片對(duì)PCL基體起到一定的增強(qiáng)作用。當(dāng)采用Na2CO3溶液對(duì)單向蠶絲片進(jìn)行脫膠處理后，隨著Na2CO3溶液質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增加，復(fù)合材料彎曲和沖擊強(qiáng)度呈現(xiàn)先增后減的趨勢(shì)。尤其是以經(jīng)過(guò)1.5％Na2CO3溶液（A4）脫膠處理的單向蠶絲片作為增強(qiáng)體時(shí)，單向蠶絲/PCL復(fù)合材料的抗彎曲性能和抗沖擊性能最優(yōu)良，彎曲強(qiáng)度和沖擊強(qiáng)度分別達(dá)到最大值126.19 MPa和133.33 kJ/m2。

單向蠶絲片經(jīng)過(guò)2.0%Na2CO3（A5）溶液脫膠后，單向蠶絲/PCL復(fù)合材料的彎曲強(qiáng)度和沖擊強(qiáng)度降低，其彎曲強(qiáng)度和沖擊強(qiáng)度相比于1.5％Na2CO3（A4）溶液脫膠處理時(shí)分別下降12.09%、4.00%。如圖4（f）所示，2.0%Na2CO3（A5）溶液脫膠會(huì)使絲素纖維受損，而絲素纖維受損后斷裂強(qiáng)力降低［19］。因此，單向蠶絲/PCL復(fù)合材料力學(xué)性能的降低可能是絲素纖維受到損傷導(dǎo)致的。

2.6 脫膠處理對(duì)單向蠶絲/PCL復(fù)合材料熱穩(wěn)定性能的影響

純PCL、未脫膠單向蠶絲/PCL復(fù)合材料和脫膠單向蠶絲/PCL復(fù)合材料處理的熱重曲線如圖7所示，其中未脫膠單向蠶絲/PCL復(fù)合材料以未脫膠處理的單向蠶絲片為增強(qiáng)體，脫膠單向蠶絲/PCL復(fù)合材料以1.5%Na2CO3（A4）溶液脫膠處理的單向蠶絲片為增強(qiáng)體。由圖7（a）可以看出單向蠶絲/PCL復(fù)合材料的初始熱分解溫度比純PCL低，純PCL的初始熱分解溫度是在309.45 ℃附近，其主要熱解失重過(guò)程集中在370～425 ℃，其質(zhì)量損失率達(dá)到73%。未脫膠單向蠶絲/PCL復(fù)合材料初始熱分解溫度在212.24 ℃左右，其主要熱解失重過(guò)程集中在258～402 ℃，其質(zhì)量損失率達(dá)到63%。而脫膠單向蠶絲/PCL復(fù)合材料熱分解溫度在234.44 ℃附近，其主要熱解失重過(guò)程集中在278～397 ℃，其質(zhì)量損失率達(dá)到60%。

在熱解階段，蠶絲非結(jié)晶區(qū)和結(jié)晶區(qū)分子鏈之間結(jié)合力減弱，分子間的鏈段運(yùn)動(dòng)增加［20］，脫膠蠶絲中絲膠含量較少，未脫膠蠶絲中結(jié)晶度較低的絲膠蛋白含量較多，高溫使得絲膠蛋白內(nèi)部肽鍵發(fā)生斷裂，Na2CO3溶液脫去了蠶絲表層結(jié)晶度較低的絲膠蛋白，蠶絲的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性提高［20］，脫膠單向蠶絲/PCL復(fù)合材料的初始熱分解溫度提高，說(shuō)明脫膠單向蠶絲/PCL復(fù)合材料的熱穩(wěn)定性變好。425 ℃之后PCL降解速度迅速降低，此時(shí)蠶絲處于碳化階段，單向蠶絲/PCL復(fù)合材料質(zhì)量損失速率變慢，但仍在持續(xù)降解。

從圖7（b）可以看出，單向蠶絲/PCL復(fù)合材料主要經(jīng)歷3個(gè)階段的質(zhì)量損失，脫膠單向蠶絲/PCL復(fù)合材料在307.38 ℃左右達(dá)到第一次質(zhì)量損失的高峰，比未脫膠單向蠶絲/PCL復(fù)合材料高8.59 ℃，推測(cè)是由于未脫膠蠶絲上仍存在大量絲膠，結(jié)晶度較低的絲膠更早、更快地開始分解，使得未脫膠單向蠶絲/PCL復(fù)合材料第一個(gè)質(zhì)量損失峰的快速熱解溫度較低。未脫膠單向蠶絲/PCL復(fù)合材料在547.08 ℃達(dá)到第三次質(zhì)量損失高峰，但是脫膠單向蠶絲/PCL復(fù)合材料第三次質(zhì)量損失峰并不明顯，可能是由于脫膠處理使得單向蠶絲/PCL復(fù)合材料中殘留雜質(zhì)較少，在540 ℃左右質(zhì)量損失峰值不明顯，與TG曲線分析相符。

單向蠶絲片經(jīng)過(guò)脫膠處理后，脫去了熱穩(wěn)定性較差的絲膠蛋白，TG圖和DTG圖均說(shuō)明，脫膠單向蠶絲/PCL復(fù)合材料的熱穩(wěn)定性優(yōu)于未脫膠單向蠶絲/PCL復(fù)合材料。

3 結(jié)論

本文使用不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)的Na2CO3溶液對(duì)單向蠶絲片進(jìn)行堿脫膠處理，以單向蠶絲片為增強(qiáng)體，PCL為樹脂基體，采用熱壓成型工藝制備單向蠶絲/PCL復(fù)合材料，并通過(guò)研究單向蠶絲片的脫膠處理對(duì)單向蠶絲/PCL復(fù)合材料微觀形貌、力學(xué)性能及熱穩(wěn)定性能的影響，得出以下結(jié)論：

a）經(jīng)過(guò)脫膠處理后的單向蠶絲片浸潤(rùn)性得到改善，表面的大部分絲膠、油脂、雜質(zhì)被去除，纖維集合體的芯吸作用增強(qiáng)，PCL樹脂對(duì)單向蠶絲片的浸潤(rùn)效果變好，使得界面結(jié)合得到改善。

b）單向蠶絲片經(jīng)1.5%Na2CO3溶液脫膠處理后，單向蠶絲/PCL復(fù)合材料的力學(xué)性能提高：?jiǎn)蜗蛐Q絲/PCL復(fù)合材料的彎曲強(qiáng)度和沖擊強(qiáng)度分別達(dá)到126.19 MPa和133.33 kJ/m2，相比單向蠶絲片未脫膠前提升了87.06%和56.25%。

c）單向蠶絲片經(jīng)過(guò)1.5%Na2CO3溶液脫膠處理后，單向蠶絲/PCL復(fù)合材料的熱穩(wěn)定性能變好：?jiǎn)蜗蛐Q絲/PCL復(fù)合材料的初始熱分解溫度與快速熱解溫度向高溫偏移。

本文制備的單向蠶絲/PCL復(fù)合材料力學(xué)性能優(yōu)良、界面結(jié)合良好，有效改善了PCL材料力學(xué)強(qiáng)度不足的問(wèn)題，為拓展單向蠶絲片在天然纖維增強(qiáng)復(fù)合材料領(lǐng)域的應(yīng)用提供了實(shí)驗(yàn)參考。

參考文獻(xiàn)：

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Effect of degumming treatment on properties of one-way silk/PCL composites

SU" Nini，" WU" Ying，" TIAN" Wei，" ZHU" Chengyan

（College of Textile Science and Engineering （International Institute of Silk），

Zhejiang Sci-Tech University， Hangzhou 310018， China）

Abstract：

In recent years， with the popularity of the concept of green environmental protection and low-carbon development， biodegradable natural fiber reinforced composites have become a hot research point in the field of polymer material research. In this paper， one-way silk sheet was used as reinforcement， polycaprolactone was used as resin matrix， and one-way silk sheet was degummed with different mass fractions of Na2CO3 solution. The effects of different mass fractions of Na2CO3 solution on the surface morphology and wettability of one-way silk sheet were investigated. One-way silk/PCL composites were prepared by hot pressing molding， and the effects of degumming treatment of one-way silk sheet on the interfacial bonding， mechanical properties and thermal stability of composites were studied. In this study， 0.0%， 0.5%， 1.0%， 1.5% and 2.0% Na2CO3 solutions were used to degum the one-way silk sheet after drying. The degumming rate was calculated and the contact angle was tested. The surface micro-topography of the one-way silk sheet before and after degumming was photographed by SEM. The degummed one-way silk sheet was immersed in PCL solution， and then the one-way silk/PCL composites were taken out and tiled in a ventilated environment. After the volatilization of dichloromethane， the one-way silk/PCL composites were prepared by tiled hot pressing.

The bending resistance and impact resistance of one-way silk/PCL composites were tested， and the cross-section morphology of one-way silk/PCL composites before and after degumming treatment was photographed by SEM.

The effect of one-way silk sheet degumming on the thermal stability of one-way silk/PCL composites was studied by thermogravimetric analysis.The results showed that with the increase of Na2CO3 mass fraction， the sericin， grease and impurities on the surface of silk were gradually removed， the one-way silk sheet performed better in wettability and became looser， the infiltration effect of resin matrix on one-way silk sheet became better， the combination of silk and PCL matrix was closer， and the mechanical properties of one-way silk/PCL composites were significantly improved. When the mass fraction of Na2CO3 was 1.5%， the sericin on the surface of silk fiber was basically removed， and the mechanical properties of one-way silk/PCL composites reached the highest level， which were 126.19 MPa and 133.33 kJ/m2， respectively. Compared with the un-degummed silk reinforced composite material， the bending strength increased by 87.06%， and the impact strength increased by 56.25%. The results of thermogravimetric analysis showed that the thermal stability of one-way silk/PCL composites was improved by degumming. It can be seen that the most suitable amount of Na2CO3 for one-way silk sheet degumming treatment is 1.5%. One-way silk sheet degumming treatment improves the infiltration effect of PCL resin matrix and silk fiber， improves the mechanical properties and thermal stability of one-way silk/PCL composites. The research results can provide reference for expanding the application of one-way silk sheet in the field of natural fiber reinforced composites.

Keywords：

silk; PCL; composite materials; silk degumming; hot pressing; mechanical properties; thermal stability

基金項(xiàng)目：浙江省雛鷹計(jì)劃培育項(xiàng)目（23200053-M）

作者簡(jiǎn)介：蘇妮妮（1999—），女，浙江溫州人，碩士研究生，主要從事紡織復(fù)合材料方面的研究。

通信作者：祝成炎，E-mail：cyzhu@zstu.edu.cn