再生丝素蛋白纤维干法纺丝后处理取向结构转变力学性能硕士论文.doc

再生丝素蛋白干法纺纤维的后处理研究
材料学， 2011， 硕士
【摘要】 蜘蛛和蚕以水为溶剂,在空气中通过干法纺丝法制备出综合力学性能优异的天然动物丝。尽管许多研究者尝试采用湿法纺或静电纺等工艺仿生制备人造动物丝,但总体来说纺丝工艺简单、仿生程度低,与蜘蛛和蚕的纺丝方法有很大区别。本课题组前期以再生丝素蛋白(RSF)水溶液为纺丝液,利用干法纺丝工艺成功制备了RSF纤维,但力学性能与天然蚕丝相比仍有很大差距。为提高干纺丝的力学性能,制得可媲美天然动物丝的高性能蛋白质纤维,本论文对干法纺RSF初生纤维进行了后处理研究。优选了无毒害、对环境友好且能促进RSF构象转变的80 vo1%乙醇水溶液作为后处理剂,设计开发了超细单丝的机械拉伸装置,采用偏光显微镜、拉曼光谱、红外光谱、扫描电子显微镜等手段,探讨了初生纤维的储存条件,研究了RSF纤维的单级拉伸及多级拉伸后处理工艺,阐明了RSF纤维后处理过程中的结构演变,为人工仿生制备高性能动物丝提供了参考。为稳定RSF初生纤维的力学性能,干纺后得到的纤维需存放于相对湿度为30-35%的密封容器中至少3天。乙醇气氛后处理尽管可诱导RSF形成p-折叠构象的有序态结构,但取向结构较差,与RSF初生纤维相比力学性能反而有所降低。必须形... 更多还原
【Abstract】 Spiders and silkworms produce natural animal silks with remarkable mechanical performance from aqueous protein solutions by using dry-spinning processes in air. Many researchers tried to biomimetically obtain artificial animal silks using wet-spinning and electrospinning processes, which are very simple and are significant different from the natural spinning processes of spider and silkworm.Our group initially prepared regenerated silk fibroin (RSF) fibers from RSF aqueous solutions by using dry... 更多还原
【关键词】 再生丝素蛋白纤维； 干法纺丝； 后处理； 取向； 结构转变； 力学性能；
【Key words】 regenerated silk fibroin fiber； dry spinning； post-treatment； orientation； conformation transition； mechanical properties；
摘要 6-8
Abstract 8-9
第1章 绪论 14-28
1.1 动物丝的优异性能 14-15
1.2 蜘蛛与蚕的纺丝机理 15-16
1.2.1 蜘蛛的腺体和纺丝机理 15
1.2.2 蚕的腺体和纺丝机理 15-16
1.3 再生丝素蛋白纤维仿生纺丝的研究现状 16-17
1.4 再生动物丝蛋白膜及纤维的后处理 17-26
1.4.1 再生蜘蛛丝蛋白纤维的后处理 17-18
1.4.2 RSF薄膜的后处理 18-19
1.4.3 RSF湿法纺纤维的后处理 19-25
1.4.4 RSF静电纺纤维的后处理 25
1.4.5 RSF凝胶纺纤维的后处理 25
1.4.6 RSF干法纺纤维的后处理 25-26
1.5 本论文的主要研究内容 26-27
1.6 本论文工作的意义及创新性 27-28
第2章 储存条件对再生丝素蛋白干纺纤维的影响 28-36
2.1 引言 28
2.2 实验原料及实验设备 28-29
2.2.1 实验原料 28
2.2.2 实验设备 28-29
2.3 实验方法 29-30
2.3.1 再生丝素蛋白水溶液的制备 29
2.3.2 再生丝素蛋白水溶液的干法纺丝 29
2.3.3 再生丝素蛋白纤维的环境温湿度控制 29-30
2.3.4 再生丝素蛋白纤维的乙醇气氛处理 30
2.4 再生丝素蛋白纤维结构与性能的表征 30-31
2.4.1 再生丝素蛋白纤维表面形貌的表征 30
2.4.2 再生丝素蛋白纤维直径和结构的表征 30
2.4.3 再生丝素蛋白纤维力学性能的表征 30-31
2.5 结果与讨论 31-35
2.5.1 储存时间和湿度对再生丝素蛋白纤维力学性能的影响 31-32
2.5.2 乙醇气氛储存对再生丝素蛋白纤维的影响 32-35
2.6 结论 35-36
第3章 再生丝素蛋白纤维后处理过程中的结构演变 36-44
3.1 引言 36
3.2 实验 36-38
3.2.1 再生丝素蛋白纤维的后处理 36
3.2.2 再生丝素蛋白纤维取向结构的表征 36-37
3.2.3 再生丝素蛋白纤维构象转变的表征 37-38
3.2.4 再生丝素蛋白纤维力学性能的表征 38
3.3 结果与讨论 38-43
3.3.1 后处理过程中纤维取向结构的演变 38-39
3.3.2 后处理过程中纤维构象的演变 39-42
3.3.3 后处理纤维的力学性能及结构演变 42-43
3.4 结论 43-44
第4章 再生丝素蛋白纤维单级拉伸后处理工艺的优化 44-60
4.1 引言 44
4.2 实验 44-47
4.2.1 再生丝素蛋白纤维后处理装置的改进 44-47
4.2.2 再生丝素蛋白纤维后处理工艺的优化 47
4.2.3 再生丝素蛋白纤维的表征 47
4.3 结果与讨论 47-59
4.3.1 拉伸速率对再生丝素蛋白纤维结构与性能的影响 47-52
4.3.2 拉伸倍数对再生丝素蛋白纤维结构与性能的影响 52-58
4.3.3 纤维直径对后处理的影响及纤维截面积计算方法的改进 58-59
4.4 结论 59-60
第5章 再生丝素蛋白纤维的多级拉伸后处理 60-73
5.1 引言 60
5.2 实验 60-61
5.2.1 实验原料及实验设备 60
5.2.2 再生丝素蛋白初生纤维的制备 60
5.2.3 再生丝素蛋白纤维的表征测试方法 60
5.2.4 再生丝素蛋白纤维的多级拉伸后处理 60-61
5.3 结果与讨论 61-71
5.3.1 多级拉伸后处理过程中RSF纤维表面形貌的变化 61-62
5.3.2 一级浸泡时间对后处理纤维结构与性能的影响 62-66
5.3.3 一级拉伸倍数对后处理纤维结构与性能的影响 66-71
5.4 结论 71-73
第6章 结论 73-74
参考文献