揭示纤维素纳米纤维对能源回收纳米复合材料（ENR Nanocomposites）力学性能及应变诱导结晶机制的影响

《Polymer Engineering & Science》：Unveiling the Impact of Cellulose Nanofiber on the Mechanical Properties and Strain-Induced Crystallization Mechanism of ENR Nanocomposites

分析应变诱导结晶化对环氧天然橡胶/纤维素纳米纤维复合材料增强机制的影响，发现1-5phr未改性纤维素纳米纤维（CNFs）通过氢键和缠结增强界面作用，显著提升结晶度和力学性能，5phr时拉伸强度提高75%。

　　

摘要

理解应变诱导结晶（Strain-Induced Crystallization, SIC）对于开发高性能弹性体至关重要。在本研究中，通过乳胶混合和过氧化物交联方法制备了含有1–5份未改性纤维素纳米纤维（Cellulose Nanofibers, CNFs）的环氧天然橡胶（Epoxidized Natural Rubber, ENR）纳米复合材料。研究目的是探讨纤维素纳米纤维添加量对SIC过程及ENR增强效果的影响。结果表明，无论添加量如何，纤维素纳米纤维始终在ENR中保持良好的纳米级分散状态。这种良好的分散性促进了纤维素纳米纤维与ENR之间的有效界面相互作用，从而加速了拉伸过程中的应变诱导结晶。纤维素纳米纤维/ENR纳米复合材料的增强机制在低添加量（1–2份）和高添加量（3–5份）时存在显著差异：在低添加量下，增强作用主要依赖于氢键作用，对SIC和机械性能的改善较为有限；而在高添加量下，氢键作用以及纤维素纳米纤维与ENR之间的相互缠结共同作用，显著提升了SIC和机械性能。含有3份和5份纤维素纳米纤维的ENR材料的强度分别提高了约40%和75%。研究结果表明，利用界面相互作用和纳米纤维的取向调控是制备强度高、柔韧性优异且环保的弹性体的有效途径，同时所需填充剂用量极低。这些发现为下一代橡胶材料的结构-性能关系提供了重要见解。