電紡絲制備高聚物納米纖維

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1、摘要納米纖維由于其極小的直徑以及極大的比表面積和表面積～體積比，表現(xiàn)出許多特殊的性能，可用于高性能吸附、過濾、防護、生物醫(yī)用等材料。高聚物納米纖維的制備技術有電紡絲、海島形雙組分復合紡絲、催化擠出聚合、分子噴絲板紡絲等，其中電紡絲技術是目前研究的熱點，而且具有較大的發(fā)展前景。電紡絲技術是基于高壓靜電場下導電流體產(chǎn)生高速噴射的原理發(fā)展而來，其基本過程是：聚合物溶液或熔體在幾千至幾萬伏的高壓靜電場下克服表面張力而產(chǎn)生帶電噴射流，溶液或熔體射流在噴射過程中干燥、固化，并保持一定電荷量，最終落在接收裝置上形成纖維氈或其它

2、形狀的纖維結(jié)構(gòu)物。電紡絲制得纖維直徑一般在數(shù)十納米到數(shù)微米之間。本文主要對鍪耍豎髓j鼬越2￡里莖!壁鑒(DMF)、PAN／二甲基已酰胺(DMAC)體系進行電紡絲，調(diào)節(jié)靜電壓(20～50KV)、噴頭孔徑(0．5～O．8mm)、接收距離(15～25em)、溶液濃度(6Wt％14Wt％)等過程參數(shù)，制得PAN納米纖維，纖維平均直徑在2001000蚴；詳細分析了過程參數(shù)對纖維細度、形態(tài)等的影響，認為高聚物溶液濃度及靜電壓對纖維細度有決定性影響，其它過程參數(shù)如接收距離、噴射孑L徑、紡絲溶液溫度、溶液電導率等的調(diào)整應以這兩參

3、數(shù)為基礎進行。另外，采用輥筒收集有利于紡絲工藝的順利進行，而且輥筒收集能使纖維氈中的纖維較整齊排列，但輥筒的卷繞速度遠遠小于電紡絲速度，輥筒的旋轉(zhuǎn)不能起到拉伸的作用。對所得PAN纖維氈作熱定型、預氧化及碳化處理，發(fā)現(xiàn)熱定型在一定程度上能提高纖維的強度，輥筒收集的預氧化纖維氈有一定光澤，而碳化后的單根纖維直徑大大減小。進行翟塑苧三嬖!醚聞莖三援(MPIA)、聚4,4'-二氨基二苯醚撐對苯二甲酰對蓮二胺(DPETA)等高性能纖維的電紡絲，發(fā)現(xiàn)不同、————、、—_，?！?高聚物所能得纖維細度有較大差別，這與二者

4、的分子鏈結(jié)構(gòu)有很大的關系。分子鏈的結(jié)構(gòu)在一定程度上決定所能得到電紡纖維的細度。用必N與二醋酸纖維素(sg壘L的混合溶液進行電紡絲，而后、。?！帽芙獾衾w維中的SCA相產(chǎn)生孔洞。不同比例PAN與SCA混合溶液的電紡纖維呈現(xiàn)不同的電鏡圖，二者比例相當時，PAN與SCA各自成纖，當SCA含量低時，SCA往往分散于PAN纖維中。結(jié)合試驗觀測及靜電噴霧技術等知識，對電紡絲形成纖維的過程進行分析。高聚物溶液從噴射孔流出首先要生成Taylor圓錐，然后Taylor圓錐伸長，并伴隨著射流的不

5、穩(wěn)定運動，接著射流開始向固化纖維轉(zhuǎn)化。關于高聚物溶液射流，作者認為可能存在分裂細化與單一細化兩種形式。通過Reneker等人單一細化的分析推出電紡絲速度計算公式，但計算結(jié)果與已報導數(shù)值有較大差別，從而提出射流分裂的可能性。本論文的創(chuàng)新工作主要在于：1．通過輥筒收集制得具有一定規(guī)整度的PAN納米纖維氈，并對纖維氈進行預氧化等后處理，而且采用測定纖維氈“斷裂強度”的方法對納米纖維的排列取向進行估計；2．對不同高聚物溶液進行電紡絲，發(fā)現(xiàn)所能得到的纖維細度有較大差別：3．對混合溶液進行電紡絲試驗，通過選擇性的去除所得纖維

6、中的一種組分而產(chǎn)生特殊的表面形態(tài)或細小孔洞；4．結(jié)合高壓靜電噴霧技術分析電紡絲的射流運動，提出射流形成纖維可能有分裂細化及單一細化兩種形式，并依照單一細化的觀點得出電紡絲速度的計算公式。關鍵詞：納米纖維電紡絲靜電壓溶液濃度纖維直徑輥筒收集預氧化分子鏈結(jié)構(gòu)混合溶液射流細化分裂電紡速度ElectrospunPolymerNaofibersABSTRACTBecauseoftheverysmalldiameters，atti酶specificsurfacealgaperunitmassandahighratioofsu

7、rfaceareat0volume．nanofibershavemanifestedmanyspecialperformances．Andthesefibersareofconsiderableinterestsforvariouskindsofapplicationsuchasadsorption，filtration，protectionandbiologicalmedicine．ThetechnologiesforthepreparationofPolymernanofibersincludeeleetro

8、spinning,sea-islandmodelspinning，catalyzedextrusionpolymerization，andmolecularspinneretspinningetc．ElectrospinningisthefocuswayrecentlyandhasdemonstI'atedalargepotential．Eleetrospinningor