增强蛋白质纤维力学性能的方法及改性蛋白质纤维技术

本申请实施例提供一种增强蛋白质纤维力学性能的方法及改性蛋白质纤维。本申请实施例第一方面中的增强蛋白质纤维力学性能的方法，包括：在第一惰性气体环境下，对蛋白质纤维加热处理，使蛋白质纤维处于第一温度T，第一温度T为80℃～280℃；对处于第一温度T的蛋白质纤维按照预设拉伸比沿自身轴向拉伸处理，以提高蛋白质纤维中蛋白质结构沿轴向的取向度，并得到第一伸长纤维，拉伸比的取值范围为1％～35％；在第二惰性气体环境下，保持第一伸长纤维长度不变且将其从第一温度T冷却至室温，获得结晶度以及取向度均高于蛋白质纤维的改性蛋白质纤维。在保证蛋白质纤维中的蛋白质组分以及结构完整性下，获得了力学性能较原蛋白质纤维优异的改性蛋白质纤维。纤维优异的改性蛋白质纤维。纤维优异的改性蛋白质纤维。

【技术实现步骤摘要】
增强蛋白质纤维力学性能的方法及改性蛋白质纤维


[0001]本专利技术涉及蛋白质纤维力学性能改性
，具体涉及一种增强蛋白质纤维力学性能的方法及改性蛋白质纤维。

技术介绍

[0002]蛋白质纤维例如自然界中天然形成的蛋白质纤维或者是人造的蛋白质纤维在生物相容性、生物可降解性、可植入性等方面具有应有优势，需要增强蛋白质纤维的力学性能以满足蛋白质纤维在特种材料和医疗设备等领域的使用需求。
[0003]一般的方法使蛋白质纤维的力学性能增强效果有限，且会出现影响蛋白质纤维中的蛋白质组分以及结构完整性等问题。

技术实现思路

[0004]本申请实施例提供一种增强蛋白质纤维力学性能的方法，包括：
[0005]在第一惰性气体环境下，对蛋白质纤维加热处理，使蛋白质纤维处于第一温度T，第一温度T为80℃～280℃；
[0006]对处于第一温度T的蛋白质纤维按照预设拉伸比沿自身轴向拉伸处理，以提高蛋白质纤维中蛋白质结构沿轴向的取向度，并得到第一伸长纤维，拉伸比的取值范围为1％～35％；
[0007]在第二惰性气体环境下，保持第一伸长纤维长度不变且将其从第一温度T冷却至室温，获得结晶度以及取向度均高于蛋白质纤维的改性蛋白质纤维。
[0008]本申请实施例第一方面提供的增强蛋白质纤维力学性能的方法，在保证蛋白质纤维中的蛋白质组分以及结构完整性下，获得了力学性能较原蛋白质纤维优异的改性蛋白质纤维，改性蛋白质纤维在强度、模量以及韧性中的至少一个方面均优蛋白质纤维。
[0009]在本申请实施例第一方面的一种可能的实施方式中，还包括：
[0010]将蛋白质纤维沿第一方向舒展处理，以使各蛋白质纤维长轴沿第一方向延伸布置。
[0011]在本申请实施例第一方面的一种可能的实施方式中，在第一惰性气体环境下，对蛋白质纤维加热处理，使蛋白质纤维处于第一温度T的步骤，还包括，
[0012]在第一预设时长t1内，使蛋白质纤维处于第一温度T，第一预设时长t1的取值范围为0分钟<t1≤30分钟；优选的，第一预设时长t1的取值范围为2分钟≤t1≤10分钟。
[0013]在本申请实施例第一方面的一种可能的实施方式中，在第一惰性气体环境下，对蛋白质纤维加热处理，使蛋白质纤维处于第一温度T的步骤中，
[0014]第一温度T为160℃～200℃；
[0015]优选的，第一惰性气体环境中包括氩气、氮气、氦气以及氖气中的至少一者。
[0016]在本申请实施例第一方面的一种可能的实施方式中，在第一惰性气体环境下，对蛋白质纤维加热处理，使蛋白质纤维处于第一温度T的步骤中，
[0017]蛋白质纤维选自动物蛋白质纤维、植物蛋白质纤维以及人造蛋白质纤维中的至少一者；
[0018]优选的，动物蛋白质纤维包括蚕丝纤维及蜘蛛丝纤维。
[0019]在本申请实施例第一方面的一种可能的实施方式中，对处于第一温度T的蛋白质纤维按照预设拉伸比沿自身轴向拉伸处理的步骤，还包括：
[0020]在第二预设时长t2内，使处于第一温度T的第一伸长纤维保持长度不变，第二预设时长t2的取值范围为0分钟<t2≤30分钟；优选的，第二预设时长t2的取值范围为2分钟≤t2≤10分钟。
[0021]在本申请实施例第一方面的一种可能的实施方式中，在第二惰性气体环境下，保持第一伸长纤维长度不变且将其从第一温度T冷却至室温，获得结晶度以及取向度均高于蛋白质纤维的改性蛋白质纤维的步骤中，
[0022]将第一伸长纤维从第一温度T自然冷却至室温；
[0023]优选的，第二惰性气体环境中包括氩气、氮气、氦气以及氖气中的至少一者。
[0024]在本申请实施例第一方面的一种可能的实施方式中，其特征在于，对处于第一温度T的蛋白质纤维按照预设拉伸比沿自身轴向拉伸处理的步骤中，根据蛋白质纤维的自然断裂伸长率设置拉伸比；
[0025]优选的，拉伸比为自然断裂伸长率的0.1倍至0.9倍；
[0026]优选的，拉伸比为自然断裂伸长率的0.25倍至0.75倍。
[0027]在本申请实施例第一方面的一种可能的实施方式中，对处于第一温度T的蛋白质纤维按照预设拉伸比沿自身轴向拉伸处理的步骤中，
[0028]当蛋白质纤维为蚕丝纤维，拉伸比的取值范围为5％～12.5％；
[0029]优选的，当蛋白质纤维为蜘蛛丝纤维，拉伸比的取值范围为5％～20％。
[0030]本申请实施例第二方面提供一种采用本申请实施例第一方面种增强蛋白质纤维力学性能的方法获得的改性蛋白质纤维。本申请实施例第二方面中的改性蛋白质纤维结晶度以及取向度均高于改性前的蛋白质纤维。改性蛋白质纤维的力学性能(例如强度、模量以及韧性中的至少一者)均得到改善。
附图说明
[0031]通过阅读以下参照附图对非限制性实施例所作的详细描述，本专利技术的其它特征、目的和优点将会变得更明显，其中，相同或相似的附图标记表示相同或相似的特征，附图并未按照实际的比例绘制。
[0032]图1为本申请实施例第一方面提供的一种增强蛋白质纤维力学性能的方法的流程图；
[0033]图2为采用本申请实施例第一方面提供的增强蛋白质纤维力学性能的方法中蛋白质纤维微观结构变化示意图；
[0034]图2a为步骤S10对应的蛋白质纤维微观结构变化示意图；
[0035]图2b为步骤S20对应的蛋白质纤维微观结构变化示意图；
[0036]图2c为步骤S30对应的蛋白质纤维微观结构变化示意图；
[0037]图3为本申请实施例第一方面提供的另一种增强蛋白质纤维力学性能的方法的流
程图；
[0038]图4a为完成步骤S01后蛋白质纤维长轴沿第一方向延伸布置的第一种状态示意图；
[0039]图4b为完成步骤S01后蛋白质纤维长轴沿第一方向延伸布置的第二种状态示意图；
[0040]图5为本申请实施例第一方面提供的又一种增强蛋白质纤维力学性能的方法的流程图；
[0041]图6为本申请实施例第一方面提供的还一种增强蛋白质纤维力学性能的方法的流程图；
[0042]图7a示出了对比例1
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1至实施例1
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6中强度与拉伸比的关系图；
[0043]图7b示出了对比例1
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1至实施例1
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6中模量与拉伸比的关系图；
[0044]图7c示出了对比例1
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1至实施例1
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6中韧性与拉伸比的关系图；
[0045]图8a示出了对比例2
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1至实施例2
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5中强度与拉伸比的关系图；
[0046]图8b示出了对比例2
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1至实施例2
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5中模量与拉伸比的关系图；
[0047]图8c示出了对比例2
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1至实施例2
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种增强蛋白质纤维力学性能的方法，其特征在于，包括：在第一惰性气体环境下，对蛋白质纤维加热处理，使所述蛋白质纤维处于第一温度T，所述第一温度T为80℃～280℃；对处于所述第一温度T的所述蛋白质纤维按照预设拉伸比沿自身轴向拉伸处理，以提高所述蛋白质纤维中蛋白质结构沿所述轴向的取向度，并得到第一伸长纤维，所述拉伸比的取值范围为1％～35％；在第二惰性气体环境下，保持所述第一伸长纤维长度不变且将其从所述第一温度T冷却至室温，获得结晶度以及所述取向度均高于所述蛋白质纤维的改性蛋白质纤维。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括：将所述蛋白质纤维沿第一方向舒展处理，以使各所述蛋白质纤维长轴沿所述第一方向延伸布置。3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述在第一惰性气体环境下，对蛋白质纤维加热处理，使所述蛋白质纤维处于第一温度T的步骤，还包括，在第一预设时长t1内，使所述蛋白质纤维处于所述第一温度T，所述第一预设时长t1的取值范围为0分钟<t1≤30分钟；优选的，所述第一预设时长t1的取值范围为2分钟≤t1≤10分钟。4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述在第一惰性气体环境下，对蛋白质纤维加热处理，使所述蛋白质纤维处于第一温度T的步骤中，所述第一温度T为160℃～200℃；优选的，所述第一惰性气体环境中包括氩气、氮气、氦气以及氖气中的至少一者。5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述在第一惰性气体环境下，对蛋白质纤维加热处理，使所述蛋白质纤维处于第一温度T的步骤中，所述蛋白质纤维选自动物蛋白质纤维、植物蛋白质纤维以及人造蛋白质纤维中的至少一者；优选的，所述动物蛋白质纤维包括蚕丝纤维及蜘蛛丝纤维。6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述对处于所述第一温度T的所述蛋白质纤维按照预设拉伸比沿自身轴向拉伸处理的步骤，还包括：在第二预设时长t2内，使处于所述第一温度T的所述第一伸长纤维保持...

【专利技术属性】
技术研发人员：张莹莹，陆浩杰，
申请(专利权)人：清华大学，
类型：发明
国别省市：