靜電紡多孔結(jié)構(gòu)納米纖維的制備及其性能研究.pdf

1、多孔材料是上世紀(jì)新興的材料體系,具有高孔隙率、高吸附、高表面活性、高比表面積等特性,在環(huán)境科學(xué)、生物醫(yī)藥、能源、化學(xué)工程和國防等方面顯示出了巨大的應(yīng)用前景。多孔材料的制備方法有溶膠-凝膠法、水熱合成法和靜電紡絲技術(shù)等。靜電紡絲技術(shù)是生產(chǎn)納米纖維材料最方便、最直接和最經(jīng)濟(jì)的方法之一,很多聚合物溶液和熔體都可用作原材料。近幾年的研究表明,通過調(diào)整靜電紡絲的參數(shù)或?qū)㈧o電紡纖維進(jìn)行后處理,可以簡捷的獲得靜電紡多孔結(jié)構(gòu)納米纖維材料,多孔結(jié)構(gòu)的形成

2、增大了納米纖維材料的比表面積,增強(qiáng)了納米纖維材料的疏水性,賦予了納米纖維材料新的優(yōu)異性能。
　　本文采用靜電紡絲技術(shù),通過調(diào)控聚合物不同溶劑體系、紡絲工藝參數(shù)以及共混聚合物的配比來制備具有多孔結(jié)構(gòu)的納米纖維,并對獲得的納米纖維膜進(jìn)行性能測試和比較,研究了靜電紡多孔結(jié)構(gòu)納米纖維的制備機(jī)理,為多孔結(jié)構(gòu)納米纖維的可控制備提供了實(shí)驗(yàn)和理論依據(jù)。
　　本文首先研究了揮發(fā)性溶劑對靜電紡納米纖維的形貌和納米纖維膜性能的影響。發(fā)現(xiàn)混合溶劑體

3、系中隨著高揮發(fā)性溶劑氯仿含量的增加,制得的纖維的珠狀物逐漸減少,纖維逐漸均勻并出現(xiàn)了多孔結(jié)構(gòu),從而使得纖維膜的孔隙率、力學(xué)性能以及浸潤性也隨之變化,由于纖維表面的粗糙以及多孔結(jié)構(gòu)的出現(xiàn),纖維膜的孔隙率和疏水性得到了明顯的增強(qiáng)。
　　為了研究靜電紡絲過程中紡絲工藝參數(shù)對紡絲過程及多孔結(jié)構(gòu)納米纖維的影響,通過建立和簡化氣-液兩相流模型,理論推導(dǎo)出了紡絲工藝參數(shù)與多孔結(jié)構(gòu)纖維直徑間的關(guān)系,發(fā)現(xiàn)隨著紡絲流量的增加,制得的纖維直徑相應(yīng)增加;

4、而隨著紡絲電壓和接收距離的增加,射流速度變大,多孔結(jié)構(gòu)纖維的直徑相應(yīng)減小。上述理論分析結(jié)果也得到了進(jìn)一步的實(shí)驗(yàn)論證。此外,文中還應(yīng)用伯努利方程對靜電紡絲過程中射流發(fā)生劈裂的現(xiàn)象進(jìn)行了分析,發(fā)現(xiàn)纖維上的多孔結(jié)構(gòu)會(huì)隨著劈裂的產(chǎn)生而發(fā)生變化,發(fā)生劈裂后形成的分射流,由于速度較大,其壓強(qiáng)遠(yuǎn)小于大氣壓強(qiáng),導(dǎo)致了劈裂之后形成的多孔結(jié)構(gòu)纖維的坍塌,孔結(jié)構(gòu)被壓扁。
　　接著,為了研究紡絲濕度和非溶劑對靜電紡多孔結(jié)構(gòu)納米纖維的影響,通過調(diào)控靜電紡聚

5、丙烯腈過程中紡絲的濕度和溶劑體系中非溶劑的引入,制備出了表面具有多孔結(jié)構(gòu)的聚丙烯腈納米纖維。發(fā)現(xiàn)制得的聚丙烯腈納米纖維的直徑隨著質(zhì)量百分?jǐn)?shù)和紡絲濕度的增加而增大,且隨著濕度的增加,纖維的表面由相對光滑逐漸變粗糙,到出現(xiàn)不同程度的褶皺,最后出現(xiàn)了很多的孔結(jié)構(gòu),使得聚丙烯腈納米纖維膜的孔隙率增大,而纖維膜的斷裂強(qiáng)度和伸長率都呈現(xiàn)下降的趨勢。此外,在溶劑體系中引入非溶劑也會(huì)使得纖維的表面出現(xiàn)孔結(jié)構(gòu),并且制得的纖維膜的孔隙率也相應(yīng)增大。