摘要

這篇簡短的文章試圖從全球公認的科學家和專家團隊收集信息和事實，也傳遞的觀點現場鋼筋microfibrillar複合材料。眾所周知，熔融紡絲甚至固態拉伸(拉伸)聚合物可以產生高模量、高強度的聚合物纖維。現場微纖纖維增強複合材料(mfc)或納米纖纖維增強複合材料(NFCs)是令人印象深刻的體係，它們是由熔融混合、冷/熱拉伸、壓縮或注射成型不混相塑料共混物而成。例如，聚(丙烯)/聚(對苯二甲酸乙酯)，聚(丙烯)/尼龍-6，聚(丙烯)/尼龍-66，聚(丙烯)/聚碳酸酯，聚(乙烯)/聚(對苯二甲酸乙酯)，聚(乙烯)/尼龍-66，聚乙烯/聚碳酸酯，聚(ɛ-己內酯)(PCL)/聚(乳酸)(PLA)是廣泛用於MFC的共混體係。本文主要對上述共混體係性能的改進進行了綜述現場增強微/納米纖維複合材料原理。

關鍵字

塑料混合;塑料;現場鋼筋microfibrillar複合材料;生物醫學;應用程序;材料

簡介

現場基於兩種熱塑性塑料的微纖顫增強複合材料(mfc)或納米纖顫增強複合材料(NFCs)獲得了許多興趣，因為這類材料提供了一種方法來定製不混溶塑料共混物的性能，以滿足所需的應用。一個現場微纖纖維增強複合材料(mfc)或納米纖纖維增強複合材料(NFCs)由一對熱塑性聚合物組成，它們的熔點溫度獨立且不同。這種類型的現場微纖纖維增強複合材料(mfc)或納米纖纖維增強複合材料(NFCs)通常采用以下三種主要工藝方案[1]:(1)熔融共混(熔點TmB現場微/ nanofibrillar混合(地鐵消防隊/負反饋)。微/納米纖維共混物(MFB/NFB)轉化為現場在溫度(T)下通過壓縮或注射成型增強微/納米纖維複合材料(MFC/NFC)，得到熔點較高的聚合物作為纖維形式的增強體，熔點較低的聚合物作為基體[2]，如圖1所示。

圖1:編製方案現場微/納米纖維增強聚合物複合材料(MFC/NFC)-TmA:聚合物A熔點;TmB:聚合物B的熔點;TmA >三甲;TgA:聚合物A的玻璃化轉變溫度。

微纖顫共混物(MFB)或納米纖顫共混物(NFB)理念的進一步改進使得從各種塑料共混物中生產出多種MFC或NFC。例如，利用特定的溶劑提取基質已經很好地解釋了，結果，微/納米纖維可用於生產織物[3]。經證實現場增強微/納米纖維被分離作為一個單獨的材料現場增強微/納米纖維板複合材料，也可用於各種應用。的現場增強微/納米纖維複合材料的想法允許將多種原始或廢棄塑料轉化為纖維納米材料，可根據技術和特殊要求進行額外加工。相當程度上，更棘手的應用似乎是它們在生物醫學領域的應用，例如再生藥物和醫學科學領域。組織結構和工程對支架材料的需求越來越大。考慮到支架的整體性能取決於支架材料的表麵，納米纖維是完成這一任務的傑出選擇。此外,現場增強微/納米纖維複合材料策略可用於生物降解和生物相容性聚合物。這些類型的複合材料也可用於規範藥物遞送的載體作用。為了達到這個目的，纖維必須有一個粗糙的表麵(最好是多孔的)，以提高載藥能力。更明智的是，精細的尺寸和與體積相關的顯著表麵積，可以在納米纖維上用於藥物裝載，並允許它成為一個合理的選擇[6]。為了提高粗糙度，各種類型的納米顆粒也可以與不混溶塑料共混物一起使用。

藝術狀態現場增強微/納米纖維複合材料

具有MFC甚至NFC結構的聚合物-聚合物複合材料的優點包括以下優點:通過聚合物增強聚合物，絕對沒有礦物成分，操作簡單，重量輕，在機械特性上的協同影響，完全可重複使用和可回收，納米纖維在NFC中的良好分布(幾乎沒有任何聚集)，有機會分離微或納米纖維，而不需要額外的增容劑(對於縮聚聚合物，它提供自增容效果)[6]。這意味著，當共混物由一對縮合聚合物組成時，也可以分析自增容效應，這是導致在相邊界處產生共聚物的交換化學反應的結果。MFC/NFC的力學特性接近於商業生產的具有相同基體的短玻璃纖維增強熱塑性塑料。MFC/NFC包括聚烯烴，如聚丙烯(PP)甚至是聚乙烯的基體形式，和聚(對苯二甲酸乙酯)在增強作用中表現出相同的形態。此外，基於PET和聚酰胺等縮聚聚合物的MFC/NFC的結構特征已經進行了研究。它們的力學性能(如抗拉強度和楊氏模量)是原始PP和PE基體的5倍。與具有相似基體(LDPE)的短玻璃纖維增強複合材料(30 wt%玻璃纖維)相比，MFC/NFC提供了大致相當的楊氏模量和抗拉強度，同時具有明顯更好的變形潛力(約10倍)。現場增強的二元以及三元聚合物/聚合物複合材料是由聚(對苯二甲酸乙酯)(PET)，聚酰胺-6 (PA-6)和聚酰胺-66 (PA-66)在擠出機內熔煉混合，形成催化劑，然後拉伸(拉伸)擠出物以及退火拉伸共混物。單體聚合物通過共聚物之間化學鍵的存在，導致了PA-66和PA-6的共結晶，以及PET、PA-6和PA-66的支持性結晶，促進了共混組分[7]的相容性。

從廢棄的聚對苯二甲酸乙酯容器和瓶子中回收再利用的聚對苯二甲酸乙酯已被用於等規聚丙烯的強化材料的作用的相關思想現場鋼筋microfibrillar複合材料。PET的微纖維在熔融擠壓和隨後的拉伸過程中得到了有效的產生，並在最終的注射成型樣品中得到了保持。研究了拉伸比、研磨PET薄片的初步尺寸和PET比例對生產PET纖維時的擠出物形態和製備MFC時的力學特性的影響。PET微纖維的存在增強了MFC的彎曲模量、拉伸模量和拉伸強度，此外，通過加入馬來酸酐接枝的等規聚丙烯(作為增容劑[8])來實現增強。

它已被用於創建替代導電炭黑(CB)填充聚(對苯二甲酸乙酯)(PET)/聚乙烯(PE)現場微纖維複合材料具有較低的滲透閾值通過選擇性定位CB粒子在PET微纖維表麵。先將CB顆粒與PE基體混合，再將PET加入CB/PE混合物中。因此，CB/PET/PE複合材料采用狹縫模擠壓、熱拉伸和淬火工藝製備而成現場其中CB顆粒同時遷移到PET微纖維表麵。從形態學上看，PET相產生了明確的微纖維，CB顆粒絕大部分定位於PET微纖維表麵，這使得PET的滲濾閾值極低，僅為3.8 vol%，具有可靠的導電性。導電網絡是由聚酯微纖維覆蓋的CB粒子相互作用和重疊形成的。此外，停留在PE基體中的炭黑顆粒在導電路徑中發揮了重要作用，特別是對於高炭黑負載的微纖維複合材料[7]。

微/納米纖維提高了材料的溶劑和氣體阻隔性能。的現場代原纖維作為熱結晶的成核劑，反結晶隻發生在現場增強微/納米纖維複合材料[4,9-13]。因此，MFC的加工和功能在工業尺寸產品上得到了有效的關注。MFC由於不含礦物加固，在汽車製造中具有高質量的實際應用可能性。通過萃取第二種共混成分(基質)來分離納米和微原纖維，為它們的生物醫學用途提供了機會，如作為再生藥物的支架，甚至與納米過濾材料一起作為規範藥物遞送的載體[4,10-13]。

生物可降解聚合物基原位微/納米纖維增強聚合物複合材料

在過去的幾十年裏，生物可降解聚合物滿足了人們對生物醫學應用日益增長的興趣。毫無疑問，其中一種聚合物是聚(ε-己內酯)(PCL)，它是一種聚酯，由於其易得性、相對便宜的價格水平以及改性方便，在組織工程領域已被廣泛應用。它的化學特性連同生物特性、理化條件、降解性以及機械耐久性一般都得到了改進，從而;它通常在嚴酷的機械、物理和化學環境下使用，其特性沒有大的衰減。PCL的降解時間較長;因此，它主要用於替換體內可能需要較長時間恢複的硬組織。此外，它還用於機體的負重組織，提高機體的剛度[14]。然而，由於PCL的可定製性，它的應用不僅限於一種組織，還通過降低其分子量和降解時間而廣泛應用於軟組織工程。這部分綜述了PCL的基本特性，其原位增強微/納米纖維複合材料在醫療保健領域的應用，如組織工程和藥物輸送係統。聚(e-己內酯)是一種生物降解材料，具有許多有益的特性，可用於生物醫學、產品和食品包裝應用。 Nevertheless, its application is restricted by lower yield stress, stiffness. Consequently, it has remarkably ductile deformation under the ambient situation. The main factor is the low glass transition temperature as well as limited stable crystalline configuration. Mechanical performance is modified by mixing, the inclusion of an appropriate biodegradable polymer to protect biodegradability. Usually, the possibility of enhancing mechanical characteristics of PCL by means of blending is comparatively low [6,15]. An additional procedure for improving PCL mechanical performance is the production of composites having PLAbased fibers, mostly produced by using electrospinning. The best-suited strategy is being investigated the influence of現場研究了聚乳酸(PLA)在聚乳酸(PCL)基體中的熔融拉伸纖維結構。考慮到微纖共混物的注塑成型溫度為(T)，該溫度低於PLA纖維的熔化溫度現場製備了聚乳酸微/納米纖維增強複合材料。根據原位微纖維複合材料的製備方法，在真空烘箱中幹燥兩種可生物降解塑料PLA (Pa)和PCL (Pb) (Pa和Pb具有不同的熔點溫度、Pa的熔點溫度和玻璃化轉變溫度>熔點和Pb的玻璃化轉變溫度)。PLA (Pa)和PCL (Pb)的共混在一個反向旋轉的單螺杆或雙螺杆擠出機中進行。利用拉拔裝置將擠出的剛毛Pa/Pb共混物轉化為微/納米纖維共混物，對擠出的剛毛Pa/Pb共混物進行熔煉/冷拔。微纖維共混物變成現場微/納米纖維增強複合材料通過壓縮/注射成型。MFC/NFC結構由各向同性基體所知，在注射成型後，該基體具有各向同性取向的增強纖維，在壓縮成型時甚至具有各向異性取向的增強纖維[16,17]。聚合物(Pa)和聚合物(Pb)的重量比以及注射/壓縮成型深刻地改變了聚合物的形貌和性能現場微/ nanofibrillar-reinforced複合。的預期形態現場微/納米纖維增強複合材料如圖2所示。

圖2:形態學的發展現場步驟1)聚合物Pa和Pb熔融共混後的球形形貌;步驟2)擠出後聚合物Pa和Pb的橢圓形貌;步驟3)冷/熱拔絲後(Pa)和(Pb)的纖維形態;步驟4)a)壓縮成型後聚合物(Pb)各向同性基體中聚合物(Pa)的各向異性分布原纖維;b)注射成型後聚合物(Pb)各向同性基體中聚合物(Pa)的各向異性分布原纖維。

結論與未來展望

提出了用聚合物共混物製備微/納米纖維增強複合材料的新思路。聚合物/聚合物mfc的生產基本上包括三個步驟，即:(a)聚合物組分的混合，通常在擠出機中;(b)拉伸或定向;(c)退火或各向同性化步驟。在初級步驟中，兩種或兩種以上不相溶的熱塑性聚合物的熔融共混在有或沒有相容劑存在的情況下表現出來。在隨後的步驟中，擠出的共混物是冷拉或熱拉，以完成聚合物的纖維形態。在下一步，提取的共混物進行退火或各向同性處理，以消除具有較低熔點溫度(Tm)的聚合物的纖維形態。熔點溫度較高的聚合物原纖維在熔點溫度較低的聚合物的各向同性基體中保持各向同性或各向異性分布。因為基體和增強層是熱塑性聚合物，同時也產生了增強層(Tm較大的聚合物纖維)現場在整個過程中，這些被定義為現場增強聚合物/聚合物複合材料。在考慮微纖維複合材料的大規模生產時，必須充分優化工藝標準，以解決壓縮/注射成型過程中拉伸股的斬斷問題和加載問題。熱膨脹係數的顯著差異，以及各種塑料對的泊鬆數的差異，也可能是界麵粘附力不足的原因。因此，必須建立一種增強界麵粘附的方法，這將有助於進一步增強MFC/NFC的機械特性。通過改變擠壓和拉伸標準，可以獲得納米纖維。納米纖維增強複合材料的研製為提高材料性能開辟了有意義的前景。我們需要考慮各種其他可生物降解聚合物共混物以及增容劑，以產生新的MFC/ NFC形式。更有益的是使用這些特殊的納米填料，如碳納米管和碳納米纖維，它們在拉伸(拉伸)過程中獨立排列。

參考文獻

1. Friedrich K, Evstatiev M, Fakirov S, Evstatiev O, Ishii M，等(2005)PET/PP共混微纖維增強複合材料:加工、形貌和力學性能。綜合科學技術65:107-116。［Ref。］
2. Fakirov S, Kamo H, Evstatiev M, Friedrich K (2004) PET/LDPE共混微纖維增強複合材料:形貌和力學性能。高分子學報，物理學報43:775-789。［Ref。］
3. Fakirov S(2013)納米/微纖維聚合物-聚合物和單一聚合物複合材料:轉換而不是添加概念。綜合科學技術89:211-225。［Ref。］
4. Mishra RK, Maria HJ, Joseph K, Thomas S(2017)不混溶塑料共混可回收微纖維複合材料的基本結構和性能關係:介紹。高分子共混物中的微納米纖維複合材料(mfc和NFCs)， Elsevier 1-25。［Ref。］
5. Mishra RK, Loganathan S(2017)微/納米纖維非織造複合材料的製備技術綜述。Mod Chem app 5: 1-11。［Ref。］
6. Kratochvíl J, Kelnar I(2016)熔融拉伸PCL/PLA微纖維複合材料的非等溫結晶動力學。AIP會議論文集1736。［Ref。］
7. Taepaiboon P, Junkasem J, Dangtungee R, Amornsakchai T, Supaphol P(2006)等規聚丙烯/回收聚對苯二甲酸乙酯體係原位微纖維增強複合材料及其增容劑的作用。應用高分子學報102:1173 - 1181。［Ref。］
8. 鍾國軍，李誌明，李伯倫，Mendes E(2007)注塑成型聚對苯二甲酸乙酯/iPP微纖共混物中iPP的結晶形態。聚合物(Guildf) 48: 1729-1740。［Ref。］
9. Mishra RK, Thomas S, Karikal N(2017)聚合物共混物中的微納米纖維複合材料(mfc和NFCs)。愛思唯爾,荷蘭。［Ref。］
10. Jayanarayanan K, Mishra RK, Joseph K, Thomas S(2017)聚烯烴和聚對苯二甲酸乙酯基微纖和納米纖複合材料的製備、形貌、靜態和動態力學性能及應用。微納米纖維複合材料(mfc和NFCs)從聚合物共混物，Elsevier 183-211。［Ref。］
11. 米什拉·RK，洛加納坦·S，托馬斯·S (2017)現場微纖維/納米纖維單聚合物複合材料:製備、表征和應用。來自聚合物共混物的微納米纖維複合材料(mfc和NFCs)， Elsevier 97-111。［Ref。］
12. Mishra RK, Shaji A, Thomas S(2017)微纖原和納米纖原原位複合材料的加工、流變學、屏障性能和理論研究。微納米纖維複合材料(mfc和NFCs)的聚合物共混物，Elsevier 233-262。［Ref。］
13. 米什拉·RK, Cherusseri J, Joseph K(2017)微納米纖維的熱和結晶行為現場複合材料。來自聚合物共混物的微納米纖維複合材料(mfc和NFCs)， Elsevier 213-231。［Ref。］
14. 王芳，王磊，李超(2013)生物降解聚psilon-己內酯(PCL)在組織工程中的應用進展。Rev Adv masterscience 34: 123-140。［Ref。］
15. Kelnar I, Kaprálková L, Kratochvíl J, Padovec Z, rnikiikka M，等。(2016)層狀矽酸鹽和反應增容對熔融拉伸HDPE/PA6微纖維複合材料結構和性能的影響。Polym Bull 73: 1673-1688。［Ref。］
16. 柯納爾，賈洛斯拉夫·K, Fortelný I, Kaprálková L, Zhigunov A等。(2016)高嶺土對熔融拉伸PCL/PLA微纖維複合材料結構和性能的影響。快遞Polym Lett 10: 381-393。［Ref。］
17. Kelnar I, Fortelný I, Kaprálková L, Hromádková J(2015)納米填料對熔融拉伸HDPE/PA6微纖維複合材料纖維形成的影響。岩土工程學報55:2133-2139。［Ref。］

在此下載臨時PDF

條信息

文章類型:迷你回顧

引用:Mishra RK(2018)高效原位增強微/納米纖維聚合物-聚合物複合材料:用於生物醫學應用的一類新材料。醫學化學與藥物雜誌1(1):dx.doi.org/10.16966/2578-9589.106

版權:©2018 Mishra RK。這是一篇開放獲取的文章，根據創作共用署名許可協議(Creative Commons Attribution License)發布，該協議允許在任何媒體上不受限製地使用、分發和複製，前提是注明原作者和來源。

出版的曆史:

收到日期:2017年11月16日,

接受日期:2018年2月19日(

發表日期:2018年2月23日(