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Electrospun Poly(lactic acid)-Based Fibrous Nanocomposite Reinforced by Cellulose Nanocrystals: Impact of Fiber Uniaxial Alignment on Microstructure and Mechanical Properties

材料科学 静电纺丝 结晶度 微观结构 纳米复合材料 复合材料 纳米纤维 纤维 多孔性 纳米孔 聚合物 纳米技术
作者
Siqi Huan,Guoxiang Liu,Wanli Cheng,Guangping Han,Long Bai
出处
期刊:Biomacromolecules [American Chemical Society]
卷期号:19 (3): 1037-1046 被引量:93
标识
DOI:10.1021/acs.biomac.8b00023
摘要

Uniform poly(lactic acid)/cellulose nanocrystal (PLA/CNC) fibrous mats composed of either random or aligned fibers reinforced with up to 20 wt % CNCs were successfully produced by two different electrospinning processes. Various concentrations of CNCs could be stably dispersed in PLA solution prior to fiber manufacture. The microstructure of produced fibrous mats, regardless of random or aligned orientation, was transformed from smooth to nanoporous surface by changing CNC loading levels. Aligning process through secondary stretching during high-speed collection can also affect the porous structure of fibers. With the same CNC loading, fibrous mats produced with aligned fibers had higher degree of crystallinity than that of fibers with random structure. The thermal properties and mechanical performances of PLA/CNC fibrous mats can be enhanced, showing better enhancement effect of aligned fibrous structure. This results from a synergistic effect of the increased crystallinity of fibers, the efficient stress transfer from PLA to CNCs, and the ordered arrangement of electrospun fibers in the mats. This research paves a way for developing an electrospinning system that can manufacture high-performance CNC-enhanced PLA fibrous nanocomposites.
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