靜電紡聚芳醚砜酮纖維膜的力學(xué)性能研究.pdf

1、由靜電紡絲技術(shù)制備得到的微納米纖維膜因具有大的比表面積、較高的孔隙率，而被廣泛地應(yīng)用于生物醫(yī)藥、過濾防護(hù)、復(fù)合增強(qiáng)和電子傳感器等領(lǐng)域。靜電紡絲微納米纖維膜的力學(xué)性能普遍不高，這已成為限制其應(yīng)用于實(shí)際生產(chǎn)的關(guān)鍵因素之一，但實(shí)驗(yàn)觀測到單根纖維的力學(xué)性能優(yōu)于纖維膜。因此，研究單根纖維與纖維膜間力學(xué)性能的關(guān)系是靜電紡絲纖維膜制造的關(guān)鍵力學(xué)問題。
　　本文以PPESK為研究對象，通過靜電紡絲技術(shù)制備得到了PPESK微納米纖維和纖維膜，測得了

2、室溫條件下單根纖維和纖維膜的力學(xué)性能，并建立了單根纖維和纖維膜間力學(xué)關(guān)系的數(shù)學(xué)表達(dá)式，研究了影響纖維膜力學(xué)性能的因素，并對提高纖維膜的力學(xué)性能的方法做了研究。通過研究發(fā)現(xiàn)：
　　1）以平板作為接收裝置可以獲得纖維在各個方向上隨機(jī)均勻排布的微納米纖維膜。通過對靜電紡絲PPESK微納米纖維膜的SEM圖分析，可以發(fā)現(xiàn)纖維的直徑近似服從正態(tài)分布；通過對纖維與拉伸方向夾角的統(tǒng)計發(fā)現(xiàn)，纖維在各個方向上均有排布，且分布的概率幾乎相同，可以認(rèn)為以

3、平板作為接收裝置可以獲得纖維在各個方向上隨機(jī)均勻排布的微納米纖維膜。
　　2）試樣的幾何尺寸會對測得的纖維膜的力學(xué)性能有影響。通過采用不同的長寬比來測試由平板作為接收裝置制備的靜電紡絲微納米 PPESK纖維膜的力學(xué)性能，對測得的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析發(fā)現(xiàn)：隨著長寬比的增加測得的纖維膜的彈性模量、拉伸強(qiáng)度和屈服強(qiáng)度都有所增加；相反，隨著長寬比的增加，纖維膜的斷裂伸長率大幅減小。
　　3）單根靜電紡絲PPESK微納米纖維的拉伸強(qiáng)度與纖維的

4、直徑有關(guān)。通過對單根纖維的力學(xué)性能測試發(fā)現(xiàn)，纖維的拉伸強(qiáng)度隨著纖維直徑的降低而增加。通過對測得的纖維拉伸強(qiáng)度數(shù)值擬合得到了纖維拉伸強(qiáng)度與纖維直徑的關(guān)系為：σf=266.46×d-1.222。
　　4）靜電紡絲PPESK微納米纖維膜的力學(xué)性能受多方面因素的影響。通過建立單根纖維和纖維膜間力學(xué)性能的數(shù)學(xué)關(guān)系式可以發(fā)現(xiàn)，影響纖維膜力學(xué)性能的因素包括：試樣的幾何尺寸、纖維的取向、纖維膜的孔隙率和單根纖維的拉伸強(qiáng)度。在計算纖維膜的拉伸強(qiáng)度時

5、，需要考慮到孔隙率對纖維膜力學(xué)性能的影響。在保證纖維膜試樣幾何尺寸和孔隙率以及單根纖維力學(xué)性能不變的情況下，可以通過提高纖維的取向來提高整個纖維膜的力學(xué)性能。
　　5）以高速轉(zhuǎn)輥?zhàn)鳛榻邮昭b置發(fā)現(xiàn)：在紡絲液濃度一定時，紡絲電壓、注射速度和接收距離對纖維的取向和纖維膜的力學(xué)性能有影響。通過纖維膜直徑和與軸向夾角的統(tǒng)計發(fā)現(xiàn)，其分布規(guī)律均近似滿足高斯分布。通過正交試驗(yàn)分析發(fā)現(xiàn)：對纖維膜角度標(biāo)準(zhǔn)差影響由小到大的工藝參數(shù)依次為：注射速度<紡絲