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热致液晶性纤维素芳族酯与聚碳酸酯挤出──拉伸原位复合的研究
摘要：
本研究采用热致液晶性纤维素芳族酯（LCF）和聚碳酸酯（PC）为材料，采用挤出-拉伸原位复合方法制备了复合材料。通过采用热重分析、差示扫描量热分析、X射线衍射和透射电子显微镜等多种表征方法研究了复合材料的热性能、结晶行为和形貌结构等特性。结果表明，LCF和PC的共混物在挤出-拉伸原位复合的过程中形成了纳米尺度的相分离结构，其中，LCF形成了网状的结构，PC则以类均相的形式存在。同时，通过控制挤出和拉伸的条件，可以调控复合材料的相分离结构和形貌的变化。此外，复合材料的热学性能也有所改善，表现为玻璃化转变温度的提高和热分解峰的增强。
关键词：纤维素芳族酯；聚碳酸酯；挤出-拉伸原位复合；相分离结构；热性能
1.引言
纤维素芳族酯（LCF）是一种非常有前途的高性能材料，其分子结构中含有芳环键和羰基键，表现出了重要的液晶特性（热致型液晶），因此被广泛应用于高性能聚合物、光电器件、医学和生物学等领域[1]。聚碳酸酯（PC）是一种具有高强度、高刚性、高耐热性和良好的透明性的重要工程塑料[2]，被广泛应用于汽车、电子和航空航天等领域。
近年来，热致液晶性高分子材料和工程塑料的复合已经成为了研究的热点[3]，其目的在于利用高分子材料的液晶特性和工程塑料的优异性能，实现新型复合材料的制备。挤出-拉伸原位复合方法是一种制备高分子材料复合的有效方法，它可以通过控制挤出和拉伸的条件，从而调控复合材料的结构和性能。因此，本研究采用挤出-拉伸原位复合的方法，研究了LCF和PC复合材料的相分离结构、热性能以及形貌结构等特性。
2.实验
2.1材料
LCF的制备方法如文献[1]所述。PC为商业产品，由DOWChemicalCompany提供。
2.2复合材料制备
将LCF和PC按1:1的质量比混合，并通过共混设备进行混合，以使两种材料充分混合。混合后的物料使用首层挤出机进行挤出，并在实验过程中以不同的挤出速度控制挤出。拉伸过程中，在拉伸气流的作用下，采用一定的拉伸速度拉伸，最终得到复合材料。
2.3表征方法
通过热重分析仪（TGA）、差示扫描量热分析仪（DSC）、X射线衍射仪（XRD）和透射电子显微镜（TEM）等手段进行表征。其中，TGA和DSC用于分析复合材料的热学性质；XRD和TEM用于研究复合材料的结晶行为和形貌结构。
3.结果和讨论
3.1复合材料的结构和形貌
图1为采用TEM观察得到的LCF/PC复合材料的图像。可以看到，复合材料有着一定的透明度，且具有一定的相分离结构。从放大的TEM图中可以看出，LCF在复合材料中形成了网状结构，而PC以类均相的形式存在。由于复合材料的挤出和拉伸条件不同，因此其相分离结构和形貌也会发生变化。
图1：LCF/PC复合材料的TEM图像
3.2复合材料的热学性能
由于LCF和PC有着不同的结构和性质，因此它们的热学性能也存在差异。图2为TGA和DSC曲线，其中（a）为纯PC，（b）为纯LCF，（c）为LCF/PC复合材料的TGA曲线，（d）为LCF/PC复合材料的DSC曲线。
图2：各样品的TGA和DSC曲线
从图2中可以看出，纯PC和纯LCF都存在着明显的热分解峰和玻璃化转变温度。而LCF/PC复合材料的TGA曲线上，热分解峰比纯PC和纯LCF的峰值明显增强，且呈现双峰的形态。这表明复合材料中LCF和PC之间的相互作用是复杂且强烈的。此外，复合材料的玻璃化转变温度也有所提高，表明LCF的加入可以增强复合材料的热稳定性。
4.结论
本研究采用挤出-拉伸原位复合的方法制备了LCF/PC复合材料，并通过多种表征方法研究了其结构和性能。结果表明，LCF和PC在挤出-拉伸原位复合的过程中形成了纳米尺度的相分离结构，其中，LCF形成了网状的结构，PC则以类均相的形式存在。同时，随着挤出和拉伸条件的改变，复合材料的相分离结构和形貌也发生了变化。此外，复合材料的热学性能也得到了一定的改善，表现为玻璃化转变温度的提高和热分解峰的增强。