在过去的几十年中,石油基合成纤维已广泛应用于纺织、生物医学和农业等多个领域。然而,由于石油基合成纤维不可生物降解且不可再生的缺点导致了一系列的环境问题。当前,石油资源因过度开发而面临枯竭难题,极大地限制了非生物降解的石油基合成纤维的应用。因此,原料完全来源于生物质资源并且可生物降解的纤维将作为石油基合成纤维的有力替代品引起社会各界的极大关注。因此,本课题选择一种具有可生物降解、生物相容性和可再生的新型生物质材料——聚羟基脂肪酸酯(PHA)进行生物基合成纤维的研制。由于PHA存在热稳定性差、晶核密度低、球晶尺寸大以及室温下易二次结晶等缺点,极大地阻碍了 PHA纤维的稳定制备。本课题以第四代PHA材料聚(3-羟基丁酸酯-co-4-羟基丁酸酯)(P3HB4HB)和聚乳酸(PLA)为原料,通过熔体纺丝制备了 PHA/PLA共混纤维。首先研究了 PHA/PLA共混物的相容性,然后探索了纺丝工艺对PHA/PLA共混物可纺性的影响,得到了影响PHA/PLA共混物可纺性的主要纺丝工艺,分析了纺丝工艺参数对PHA/PLA共混物可纺性的影响,得到了 PHA/PLA共混物可以连续稳定纺丝的最优纺丝工艺条件。重点研究了共混比例、卷绕速率和牵伸倍数对PHA/PLA共混纤维结构和性能的影响。通过研究得到了以下主要结果:(1)PHA/PLA共混物的相容性、结晶性和热稳定性:研究发现PHA/PLA共混物为不相容体系;PHA含量为50 wt%和45 wt%的共混物为双连续相形态,PHA含量低于45 wt%时,PHA/PLA共混物的相形态从双连续相逐渐转变为明显的海岛相。PHA对温度非常敏感,加工温度窗口较窄,而PLA的加入提高了 PHA的热稳定性能,拓宽了 PHA的加工温度窗口。纯PHA成核密度低,结晶速率很慢,而纯PLA可以在短时间内迅速完成结晶,因此在PHA/PLA共混物的纺丝过程中主要是PLA相的快速结晶赋予了初生纤维一定的强度,提高了 PHA的可纺性。在室温下储存24 h后的PHA/PLA共混物的相邻球晶之间存在明显的缝隙,这是导致PHA脆性大的主要原因。而PHA/PLA共混物中的球晶远远小于纯PHA的球晶,因此将PHA和PLA共混纺丝提高PHA纤维机械性能的途径是可行的。(2)PHA/PLA的可纺性评价:在PHA/PLA初生纤维的试纺和牵伸过程中发现,共混比例、纺丝温度、熔体挤出速率、卷绕速率和牵伸倍数等纺丝工艺是影响PHA/PLA纤维成型的主要因素。研究发现,PHA/PLA共混物可以进行熔体纺丝的工艺参数为PHA含量小于50 wt%,纺丝温度为165℃,熔体挤出速率为10～20 rpm,卷绕速率为20～40 m/min。进一步研究发现,PHA/PLA共混物在165℃的纺丝温度下可以连续稳定纺丝的工艺参数为PHA含量不超过40 wt%,卷绕速度为20～30 m/min。(3)共混比例、卷绕速率和牵伸倍数对PHA/PLA共混纤维结构与性能的影响:研究发现PHA/PLA共混纤维的条干均匀性较差,PHA含量越低,纤维直径越小;PLA的加入提高了共混纤维的结晶度,降低了共混纤维的微晶尺寸,提高了共混纤维的机械性能;PHA含量为35 wt%时,共混纤维具有较好的柔韧性,断裂强度最高可达904 MPa,,断裂伸长率可达81%;共混纤维中PHA含量越高,干热收缩率越高。卷绕速率和牵伸倍数对共混纤维B40中PHA相和PLA相结晶的作用相反,即随着卷绕速率的增加,PHA相的结晶度先增大后减小,而PLA相的结晶度先减小后增大;随着牵伸倍数的增加,PHA相的结晶度逐渐增大,而PLA相的结晶度逐渐减小。同时卷绕速率的增加对PHA/PLA共混纤维B40的结晶度的提高有一定的阻碍作用,而牵伸倍数的增加则对其结晶度的提高有一定的促进作用。卷绕速率和牵伸倍数的提高对共混纤维的断裂强度、断裂伸长率和初始模量的增加都有促进作用,并且卷绕速率为30 m/min、牵伸倍数为2.0时共混纤维的机械性能达到最佳。