靜電紡亞微米纖維膜和紗中纖維取向、直徑及拉伸性質(zhì)表征.pdf

1、靜電紡技術(shù)在成為人們獲取納米纖維的同時，其帶來了三個問題，其一是產(chǎn)量低，其二是纖維粗（在亞微米尺度）且不均勻；其三是強度低（1cn/dtex），幾乎不具可紡性。人們?yōu)榱俗非螽a(chǎn)量，只能統(tǒng)稱為納米纖維（1~100nm）；人們又為了能夠使用而只做纖維膜，以回避對纖維強度的要求。本文針對靜電紡的后兩個問題，采用滾筒旋轉(zhuǎn)收集纖維時的附加牽伸力來細(xì)化和增強靜電紡纖維；以靜電紡直紡牽伸成紗的方式來增強和回避纖維強度偏低的問題，并采用圖像分析的Houg

2、h變換法和Regionprops函數(shù)法求解靜電紡纖維體的取向分布，為力學(xué)性能分析提供準(zhǔn)確的結(jié)構(gòu)參數(shù)，主要的結(jié)果和結(jié)論如下。
　　實驗分析證實了Hough變換（HT）和Regionprops函數(shù)（RF）兩種圖像分析方法，均能有效準(zhǔn)確地用于纖維膜中的纖維取向分布，且RF更為精準(zhǔn)，故求解的值成為主要纖維取向分布和取向因子。盡管HT方法結(jié)果穩(wěn)定且精度較高，但是RF更能簡單明顯表征不同取向的纖維膜和紗線的纖維取向分布，不僅定量化得到主取向方

3、向，還能準(zhǔn)確利用平均取向角度表征纖維排列。兩種分析方法都證明滾筒線速度的提高，將使靜電紡纖維直徑變細(xì)，如在滾筒線速度為7m/min時，變細(xì)率為32％，達(dá)170nm；使纖維排列的取向因子f增大，達(dá)2.16。此結(jié)果對細(xì)化和增強效果明顯，并暗示可通過機械牽伸實現(xiàn)靜電紡纖維納米化和力學(xué)性質(zhì)的增強。
　　不同收集條件的靜電紡纖維膜的力學(xué)性能不同。且隨著滾筒轉(zhuǎn)速的提高，靜電紡纖維膜的力學(xué)性質(zhì)會改善。靜電紡纖維膜的拉伸性能受收集條件的影響較大，

4、并用強度和伸長率指標(biāo)來表征。在一定速度范圍內(nèi)，纖維膜的加工方向的強度隨著滾筒速度的提高而逐漸增大，增大的幅度逐漸減少，不能無限增大，說明增大速度是有一定局限性。隨著速度的提高，纖維膜的伸長率基本是增大趨勢，說明不僅纖維膜的強度隨滾筒速度增大，纖維膜的伸長率也隨之增大。這兩種結(jié)果說明了隨著滾筒速度增加，纖維膜中單纖維不僅細(xì)化，平均強度也隨之增大，纖維的伸直度也隨之增大。
　　比較分析縱橫方向的力學(xué)各向同性和各向異性與滾筒速度、平均取

5、向度和牽伸比之間的關(guān)系，靜電紡纖維膜的強度呈現(xiàn)明顯的各向異性，且強度異性比和異性系數(shù)隨著滾筒速度、平均取向度和牽伸比的增大而逐漸增大，而伸長體現(xiàn)了各向同性。雖燃滾筒速度、取向度、牽伸比逐漸增大，伸長異性比和異性系數(shù)基本在定值附近浮動。這說明在一定范圍內(nèi)，機械再牽伸作用能夠改善纖維膜的力學(xué)性質(zhì)，是一種潛在的有效方式。文中還分析靜電紡紗線的力學(xué)性質(zhì)和結(jié)構(gòu)，由靜電紡纖維膜向靜電紡紗線過渡也是靜電紡材料的一個重要發(fā)展方向。
　　文中還對靜