多组分高分子复合纤维的研究进展 纤维素纳米纤维复合材料的微观结构和粘弹性行为

广西大学赵辉&姜言：水性聚氨酯/纤维素纳米纤维复合材料的微观结构和粘弹性行为

DOI: 10.1016/j.jiec.2022.02.048

纤维素纳米纤维（CNF）已广泛用于增强水性聚氨酯（WPU）的力学性能。然而，很少有研究关注WPU/CNF复合材料的结构、流变行为和抗蠕变性能。为了填补这一研究空白，本工作通过γ-氨丙基三乙氧基硅烷改性得到m-CNF，以提高CNF和WPU的界面强度，然后将其引入聚氨酯基体中。使用傅里叶变换红外（FT-IR）光谱、X射线衍射（XRD）、扫描电子显微镜（SEM）和X射线光电子能谱（XPS）对WPU/m-CNF纳米复合材料进行结构表征。结果表明，随着m-CNF的增加，氢键指数（HBI）增加，这意味着材料的力学性能显著增强。抗拉强度提高了480%，随着m-CNF含量的增加，分散体的粘度、储能模量和损耗模量增加，并表现出更明显的剪切稀化行为。此外，m-CNF提高了WPU的热稳定性和抗蠕变性。WPU的蠕变应变从3%下降到0.2%。这项工作为制备绿色环保纳米复合材料提供了一种简单可行的方法。

图1.（a）CNF和m-CNF，以及（b）WPU和WPU/m-CNF纳米复合材料的FTIR光谱；（c）C=O区域FTIR光谱的曲线拟合。

图2.（a）所有样品的XPS全扫描光谱；（b）-（h）CNF、m-CNF和WPU/m-CNF纳米复合材料的C1s光谱；（i）WPU、CNF、m-CNF和WPU/m-CNF纳米复合材料的XRD结果。

图3.WPU/m-CNF薄膜断裂表面的SEM。（a）纯WPU，（b）WPU/m-CNF1wt%，（c）WPU/m-CNF5wt%，（d）WPU/m-CNF10wt%，（e）WPU/m-CNF25wt%。

图4.储能模量和损耗模量与应变（a）和频率（b）的函数关系；粘度与剪切速率（c）和m-CNF含量（d）的函数关系。

图5.WPU和WPU/m-CNF纳米复合材料的蠕变-恢复曲线（a）和拉伸应力-应变曲线（b）。

图6.WPU和WPU/m-CNF纳米复合材料的TGA（a）和DTG（b）曲线；m-CNF（c）和WPU 25%m-CNF（d）的TGA-FTIR图片。

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