DOI: 10.1016/j.carbpol.2021.118093

分散状态是纤维状纳米纤维素用作聚合物增强体的关键，这在很大程度上取决于纳米纤维素的几何结构。在这项工作中，使用具有不同纤维长径比的三种纳米纤维素来制备含聚（β-羟基丁酸酯）的目标复合样品。以粘弹性/弹塑性为探针来检测聚合物中纳米纤维素的柔性-形态关系。纤维素纳米晶体（长宽比=8）在聚合物中呈刚性，保持其棒状形状，而细菌纤维素（长宽比=600）为完全柔性，形成紧密的网状结构，纤维素纳米纤维（长宽比=70）为半柔性，分散为松散絮凝团簇。由于这些差异，三种复合材料的粘弹性流动和弹塑性变形存在差异。然后利用应变标度和滞后工作标度行为建立了目标样品的弛豫标度结构相关性。这项工作提供了有关通过调整纳米纤维素的长径比来调节纳米纤维素在聚合物复合材料中的分散性的有趣信息。

图1.三种类型纳米纤维素的TEM显微照片：（a）CNCs，（b）CNFs和（c）BCs。

图2.三种类型PHB复合材料的SEM和TEM显微照片，其中（a，a'）CNCs，（b，b'）CNFs和（c，c'）BCs的负载量为10wt％。

图3.（a）具有不同纳米纤维素负载量的三种类型PHB复合材料的动态储能模量（G'）和（b）动态复数粘度（|η*|）。

图4.（a）三种类型PHB复合材料的动态损耗角（δ）与动态复数模量（|G*|）的关系，以及（b）动态损耗角正切（tan）与纳米纤维素负载量的关系。

图5.蠕变过程中（在5Pa的应力水平下）和恢复后记录的三种类型PHB复合材料（含0.5wt％、5wt％和10wt％纳米纤维素）的瞬态顺应性。绘制的线是Burgers模型的预测。

图6.在启动剪切流（速率为0.3S-1）的过程中，具有（a，a'）0.5wt％和（b，b'）5wt％纳米纤维素负载量的三种类型PHB复合材料的瞬态应力随时间和应变的变化。

图7.通过循环拉伸试验记录的三种类型PHB复合材料（分别具有0.5wt％和5wt％纳米纤维素）的应力-应变曲线。

图8.纯PHB及其复合材料（含0.5wt％和5wt％纳米纤维素）的磁滞回线面积与循环次数的关系图。

图9.含0.5wt％（顶部）和5wt％（底部）纳米纤维素的三种类型PHB复合材料的塑性真实应变（εH，p）和弹性真实应变（εH，e）。