应力诱导介晶相形成实现聚乳酸单丝持久延展性的机制研究

本研究针对聚乳酸(PLA)物理老化导致的脆化难题，通过热拉伸调控介晶相取向，成功制备出兼具高强度与持久延展性的PLA单丝。研究发现高拉伸比(DR≥3.0)可形成稳定介晶相，抑制刚性非晶相(XRAF)增长，从而抵抗物理老化。该成果为开发生物可降解高分子长效韧性材料提供了新策略。

　　

聚乳酸(PLA)作为典型的生物可降解高分子，在包装、纺织和3D打印等领域应用广泛，但其固有脆性严重制约发展。虽然通过增塑、共聚等方法可提升韧性，但往往牺牲材料强度。更棘手的是，PLA在玻璃化转变温度(T_g)以下会发生物理老化——分子链自发弛豫导致自由体积塌缩，引发材料脆化。已有研究显示，预拉伸PLA薄膜的韧性仅能维持10天，这成为开发生物可降解长效韧性材料的重大瓶颈。

为攻克这一难题，研究人员以PLA单丝为模型，创新性地通过热拉伸工艺调控介晶相形成。通过系统研究不同拉伸比(DR)样品在40°C(< T_g)老化过程中的结构演变，发现高拉伸比(DR-3.0和3.8)能形成稳定的取向介晶相，这种特殊结构可抵抗物理老化导致的脆化。该成果不仅阐明了PLA持久韧化的结构基础，更为设计高性能生物可降解材料提供了理论指导。

研究采用熔融纺丝制备PLA单丝，通过热拉伸获得不同拉伸比样品。利用傅里叶变换红外光谱(FTIR)和广角X射线散射(WAXS)表征介晶相形成，差示扫描量热法(DSC)和温度调制DSC(TMDSC)分析结晶行为与链段运动。力学测试结合老化实验揭示结构-性能关系。

材料与样品制备
采用含2%D-乳酸单元的PLA(Luminy? LX575)通过熔融纺丝制备单丝，在222-244°C温度梯度下挤出，经不同拉伸比热拉伸获得系列样品。

PLA单丝的拉伸性能
拉伸测试显示，低拉伸比(DR-1.5)样品呈现脆性断裂，而DR≥2.0样品出现明显屈服和应变硬化。特别值得注意的是，DR-3.0和3.8样品在老化过程中保持延展性，断裂伸长率始终高于35%。

结论
研究证实，高拉伸比(≥3.0)诱导的取向介晶相是PLA抵抗物理老化的关键。这种结构能维持刚性非晶相(X_RAF)含量稳定，使材料在形变时发生横向收缩而非银纹化。该发现突破了传统PLA增韧方法的局限，实现了强度与韧性的协同提升，对推动生物可降解材料的实际应用具有重要意义。