DOI: 10.1007/s10965-020-02373-1

了解电纺材料的力学性能以及如何控制其力学性能对电纺材料的未来应用具有重要的意义和价值。为了解决上述问题，通过将聚3-羟基丁酸酯（PHB）静电纺丝到三种类型的旋转收集器上，即滚筒（光滑）、叶片和网格（图案化）来制备具有可控纤维排列和所需力学性能的材料。此外，通过控制收集器的旋转速度以及在PHB膜上涂覆壳聚糖或醋酸纤维素，实现了有针对性的纤维排列和材料设计。通过SEM、DSC和XRD对PHB材料的详细表面形态、热性能和结晶度进行了表征。结果表明，图案化收集器仅在较低的旋转速度下才对纤维排列存在显著影响，而随着收集器速度的加快，纤维在收集器旋转方向上的取向度增大。通过拉伸试验对材料强度进行了评估，结果表明，在较低的收集器转速下制备的PHB材料具有各向同性的力学性能，而在较高的收集器转速下制备的PHB材料具有各向异性。此外，用壳聚糖或醋酸纤维素涂覆PHB材料可提高其力学性能。因此，这项研究证实了制备具有所需纤维排列以及目标力学性能的电纺材料的可能性。

图1.PHB垫和使用过的旋转收集器的数码照片：滚筒（a，左），叶片（b，左）和网格（c，左）。在600rpm（a-c，右）和2200rpm（d-f）下，位于滚筒（a，d），叶片（b，e）和网格（c，f）收集器上的PHB垫的SEM显微图像。SEM观察的位置在数码照片中用红色方块显示。收集器旋转的方向由箭头指示。放大倍数×500

图2.在600rpm（a-c，右）和2200rpm（d-f）下，位于旋转叶片（a，d）和网格（b-f）收集器上的PHB垫的SEM显微图像。SEM观察的位置在数码照片（a-c，左）中用红色方块显示。收集器旋转的方向由箭头指示。放大倍数×500

图3.壳聚糖（a-c）和CA（d-f）涂覆PHB垫在滚筒（a，d），叶片（b，e）和网格（c，f）收集器上的SEM显微照片。收集器旋转的方向由箭头指示。放大倍数×1000。插图：薄膜形成；放大倍率×5000

图4.在600rpm（实线）和2200rpm（虚线）下，位于滚筒（红色），叶片（蓝色）和网格（绿色）收集器上的PHB垫的DSC热分析图（第一次加热运行）

图5.在600rpm（红线）和2200rpm（蓝线）下，位于滚筒（a），叶片（b）和网格（c）收集器上的PHB垫的XRD图谱

图6.在滚筒（a），叶片（b）和网格（c）收集器上制备的PHB样品切割方向的示意图。收集器旋转的方向由箭头指示

图7.在600（红色）和2200（蓝色）rpm下，对位于滚筒（a，d），叶片（b，e）和网格（c，f）上的PHB垫进行涂覆之前（红线和蓝线）以及用壳聚糖（绿色）和CA（橙色）涂覆之后的应力-应变曲线。沿0°（a-c）和90°（d-f）方向切割样品

图8.在两种旋转速度下，旋转网格收集器上的PHB垫的应力-应变曲线。沿0°（a），45°（b）和90°（c）方向切割样品

图9.在600（红色）和2200（蓝色）rpm的转速下，对位于不同收集器上的PHB垫进行涂覆之前以及用壳聚糖（绿色）和CA（橙色）涂覆之后的弹性模量（a，d），断裂伸长率（b，e）和拉伸强度（c，f）。沿0°和90°方向切割样品

图10.在600rpm（红色）和2200rpm（蓝色）的转速下，制备在旋转网格收集器上的PHB垫的弹性模量（a），断裂伸长率（b）和拉伸强度（c）。沿0°，45°和90°方向切割样品