收藏本站
收藏 | 手机打开
二维码
手机客户端打开本文

静电纺丝纳米纤维形态影响因素的分析与验证

何素文  
【摘要】:静电纺丝是一种操作简单,能够直接连续制备聚合物纳米纤维的重要技术,是基于高压静电场下导电流体产生高速喷射的原理发展而来。由于其研究涉及到流变学、力学、电学等多种学科及其过程的瞬时性,因此关于静电纺丝的技术参数特别是溶液的技术参数对收集纤维形态影响的研究和报道很少。 首先,本文系统分析了静电纺丝时静电场中的电势及射流在静电场中运动所受到的作用力。由于纺丝液的粘度和导电性是影响静电纺丝纤维形貌和直径的两大主要参数,因此本文在系统阐述静电纺丝所需的电压及射流半径的理论基础上,深入探讨了纺丝液的粘度与电导率对静电纺丝纳米纤维形貌与直径的影响,提出了在静电纺丝过程中射流表面从部分电荷到满电荷的情况下,溶液粘度对收集到纤维直径(d)的影响规律的计算方法。 本论文利用自制的静电纺丝装置纺制了三种不同溶液的纳米纤维,来验证所提出的关于影响静电纺丝纳米纤维形态的模型。这三种聚合物溶液分别为具有柔性分子链的聚环氧乙烷(PEO/DI water)溶液、本实验室合成的具有刚性分子链的聚酰胺酸(PAA/DMAc)溶液及利用原位聚合法得到的分子链刚柔性介于前两者之间的聚间苯二甲酰氯间苯二胺(PMIA)的MWNTs/PMIA/DMAc混合溶液。 配置分子量为4×105的四种不同浓度聚环氧乙烷水溶液。为了得出验证关系模型所需无机盐氯化锂(LiCl)的最佳添加量,分别在这四种不同浓度的溶液中添加不同含量的氯化锂,利用数字电导率仪测量它们的电导率,发现当加入量从0.2wt%上升到0.3wt%时,电导率的值有比较大的提高,但是当加入量为0.4wt%和0.5wt%时,测出电导率的值没有明显提高。在溶液浓度为10wt%时,对加入不同含量盐的溶液进行静电纺丝。发现当含盐量超过0.3wt%时,静电纺丝过程中出现有连丝现象。对所得到的纤维SEM图像进行分析,得出LiCl最佳添加量为0.2wt%和0.3wt%。 对LiCl含量为0.2 wt%和0.3 wt%时,不同浓度的溶液进行静电纺丝,获得纳米纤维毡,采用扫描电子显微镜(SEM)来观察纤维的形貌,利用Image Pro-plus6.0图像处理统计软件对所获得的SEM图片中的纤维直径进行统计。发现随着含盐量的提高,纤维的平均直径减小,离散度减小,但是随着溶液粘度的增加,纤维直径几乎不发生改变,所以在影响纤维直径上溶液粘度要比其电导率显著,占主要地位。无机盐的加入,能使纺丝过程变得容易且稳定,所得的纤维形貌比较好,且纤维直径分布频率图由双峰变为单峰。 采用本文第二章关于直径预测的方法对PEO纳米纤维进行分析验证,发现实验值和理论值比较吻合。 用等摩尔比的4,4'-二苯四甲酸二醚酐(4,4'-oxydiphthalic acid, ODPA)和对苯二胺(p-phenylene diamine, PPD),以N,N-二甲基乙酰胺(N,N-Dimethylacetamide, DMAc)为溶剂并在氮气保护下聚合,得到固含量为40wt%的聚酰胺酸(PAA)溶液,稀释得到一系列固含量分别为22wt%,24wt%,26wt%和28wt%的PAA溶液。将每种浓度的溶液分成5份,分别加入0.1 wt%,0.2 wt%,0.3 wt%,0.4 wt%和0.5wt%的LiCl。采用与第三章类似的测试和分析方法,得出实验验证的最佳LiCl含量分别为0.2wt%和0.4wt%。 对LiCl含量为0.2wt%和0.4wt%的不同浓度的溶液进行静电纺丝,获得纳米纤维毡,采用与第三章类似的测试和分析方法,得出PAA纤维的变化和PEO纤维有同样的变化规律。 采用本文第二章关于直径预测的方法对PAA纳米纤维进行理论验证分析,发现加盐量较少时,实验值稍微偏离本文第二章的预测值,但是随着加盐量的提高,实验值和预测值趋于一致。 采用原位聚合方法合成质量分数分别为0wt%, 1wt%,1.5wt%和2wt%的MWNTs)/PMIA (PMIA的质量分数为12.5wt%)四种混合溶液,同时对MWNTs/PMIA=1wt%, PMIA=12.5wt%的混合溶液进行稀释,得到浓度为9wt%,10wt%和11wt%的三种溶液。利用自主设计的新型接收装置,对以上七种混合溶液进行静电纺丝。 研究溶剂DMAc对混合溶液电导率及静电纺丝纤维形态的影响。发现溶剂DMAc能极大提高溶液的电导率,且随着DMAc加入量的增加,电导率逐渐提高,即溶液浓度的下降,溶液的电导率上升。随着溶剂含量的减少,纤维上纺锤状结构逐渐减少,纤维的形貌变得规整,收集到的纤维比较多,纤维的直径也逐渐增大。 对不同MWNTs含量的溶液电导率和静电纺丝纤维形态进行分析,发现随着MWNTs的增加,溶液的电导率呈上升趋势。不含MWNTs时,收集的纤维中存在一些纺锤状结构,纤维的直径分散大,并且有些单根纤维的直径不均匀。随着加入MWNTs量的增加,纤维分布均匀,直径减小,且离散度减小。随着MWNTs含量的增大,由于溶液具有高的粘结性,导致收集的纤维出现比较严重的并丝现象,且固化后的纤维有较多的残余电荷,使得静电斥力变大,纤维之间间距变大,导致纤维的取向性变差。 为了研究复合纤维的热稳定性和结晶性能,对复合纤维和单组份纤维进行热失重分析(TGA)和X-射线衍射(XRD)。TGA表明随着MWNTs加入量的增加,与单组份的纤维相比,复合纤维的热分解开始温度并没有很大的提高,但是随着温度的升高,质量残余变大,因此热稳定性有一定的提高。XRD数据显示了多壁碳纳米管的加入,相对强度的衍射峰变窄,说明晶粒尺寸变大,而衍射峰的样式与芳纶1313的几乎重合,因此并不改变芳纶1313的结晶类型,但是结晶度有所提高。 静电纺丝纺制的复合和单组份纳米纤维的透射电子显微镜(TEM)图表明:碳纳米管的确存在于复合纤维中且沿着纤维的轴向排列。在静电纺丝时静电力最先作用在泰勒锥的顶端,导致了大部分的MWNTs集中排列在静电纺纳米纤维的中心,形成类似于同轴静电纺纺出的纤维,且随着MWNTs含量的增加,这种现象更加明显。TEM图像还表明了随着MWNTs含量的增加,纤维的表面变得粗糙。 对MWNTs/PMIA=1wt%, PMIA=12.5wt%时的溶液粘度和纺丝所得的纤维直径进行实验验证,发现实验数据和预测值一致,说明本文第二章关于直径预测的结论基本正确地预测了MWNTs/PMIA/DMAc静电纺复合纳米纤维体系。


知网文化
【相似文献】
中国期刊全文数据库 前20条
1 刘莉;董相廷;王进贤;车红锐;;静电纺丝技术制备Y_2O_3纳米纤维[J];长春理工大学学报(自然科学版);2007年03期
2 李跃军;曹铁平;王长华;;BiOCl纳米纤维制备及光催化性能研究[J];广西师范大学学报(自然科学版);2010年04期
3 尹桂波;;静电纺纳米纤维支架在组织工程中的应用进展[J];南通纺织职业技术学院学报;2007年02期
4 王汉昌;韩强;董绪华;李晓天;;静电纺丝方法制备Ce_xZr_(1-x)O_2(x=0.5)纳米纤维[J];青岛大学学报(自然科学版);2008年02期
5 车红锐;董相廷;刘莉;王进贤;;静电纺丝技术制备Y_2O_3∶Eu~(3+)纳米纤维[J];稀土;2008年06期
6 王少锋;左芳芳;;静电纺非织造技术及其应用浅析[J];福建轻纺;2010年04期
7 穆海岩;;静电纺非织造技术及其应用[J];江苏纺织;2010年05期
8 顾德;吴丽莉;刘丽芳;俞建勇;;静电纺丝过程中的非稳定性研究[J];合成纤维工业;2006年02期
9 隋春红;龚剑;孙永玲;;α-K_7P_2W_(17)FeO_(61)纳米纤维的制备与表征[J];光谱实验室;2010年06期
10 李岩,黄争鸣;尼龙6/66/1010三聚体的静电纺丝(英文)[J];合成橡胶工业;2005年04期
11 王娇娜;李从举;;TPEE电纺纳米纤维无纺布的制备研究[J];化工新型材料;2009年11期
12 孙宁;隋坤艳;杨春嘉;单鑫;夏延致;;PAN/MWNTs纳米纤维薄膜的制备和性能(英文)[J];合成纤维工业;2008年03期
13 黄恒梅;王孝军;张刚;赵小川;王波;杨杰;;聚芳硫醚砜纳米纤维直径的影响因素及其控制[J];高分子材料科学与工程;2008年10期
14 李新松;姚琛;;静电纺丝——从无规纳米纤维膜到取向连续长纱[J];化学通报;2009年07期
15 朱丹丹,李从举,李小宁,张天骄,高绪珊,胥伟华;聚醚砜电纺纳米纤维结构与形态的研究[J];云南大学学报(自然科学版);2005年S1期
16 康卫民;程博闻;庄旭品;任元林;丁长坤;张桂芳;;静电纺氧化铝纳米纤维研究(英文)[J];中山大学学报(自然科学版);2007年S1期
17 夏苏;王政;杨荆泉;吴金辉;;利用静电纺丝技术制备新型生物防护材料[J];合成纤维;2008年01期
18 张华;;纳米纤维的研制与开发进展[J];炼油与化工;2010年05期
19 丁燕怀;张平;龙志林;姜勇;许福;;LiNi_(1/3)Co_(1/3)Mn_(1/3)O_2和LiNi_(3/8)Co_(1/4)Mn_(3/8)O_2纳米纤维的合成与电化学性能[J];稀有金属材料与工程;2009年07期
20 冯玉;Aorigele;周雪松;;木质素/聚丙烯酸酯共混体系的静电纺丝研究[J];中华纸业;2010年04期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 杨清彪;王恒国;费晓亮;李耀先;杜建时;;荧光分子功能化的静电纺丝纳米纤维薄膜[A];中国化学会第28届学术年会第4分会场摘要集[C];2012年
2 邓颖杰;卢永凯;龚龑;;胶原蛋白/银复合纳米纤维的静电纺丝制取与纤维断裂研究[A];“力恒杯”第11届功能性纺织品、纳米技术应用及低碳纺织研讨会论文集[C];2011年
3 杨彦明;储德清;王立敏;;静电纺丝法在制备纳米纤维中的应用[A];第七届功能性纺织品及纳米技术应用研讨会论文集[C];2007年
4 张慎;杨小平;王林;邓旭亮;;静电纺丝法制备纳米纤维引导组织再生膜[A];2007年全国高分子学术论文报告会论文摘要集(下册)[C];2007年
5 吴俊涛;龚光明;刘金刚;孙娜;赵勇;江雷;;耐高温超疏聚合物界面材料的电纺制备与性能[A];中国化学会第28届学术年会第4分会场摘要集[C];2012年
6 孙彬;王者香;魏迪;车永哲;王淑芳;孔德领;;结合VEGF的静电纺丝材料作为人工血管的研究[A];天津市生物医学工程学会第29届学术年会暨首届生物医学工程前沿科学研讨会论文集[C];2009年
7 王者香;孙彬;赵强;王淑芳;俞耀庭;孔德领;;结合VEGF的静电纺丝材料作为人工血管的研究[A];天津市生物医学工程学会第30次学术年会暨生物医学工程前沿科学研讨会论文集[C];2010年
8 白雯静;李从举;翟国钧;李小宁;高绪珊;;聚乙烯醇一维连续纳米纤维的电纺制备研究[A];中国化学会第二十五届学术年会论文摘要集(下册)[C];2006年
9 马刚;邵自强;王文俊;李永红;;静电纺纳米纤维研究及其应用进展[A];铜牛杯第九届功能性纺织品及纳米技术研讨会论文集[C];2009年
10 黄恒梅;王孝军;赵小川;王波;张刚;杨杰;;静电纺丝法制备聚芳硫醚砜酰胺纳米纤维[A];2007年全国高分子学术论文报告会论文摘要集(上册)[C];2007年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 何素文;静电纺丝纳米纤维形态影响因素的分析与验证[D];东华大学;2011年
2 李晓强;混合、同轴与乳液静电纺丝方法制备活性组织工程支架[D];东华大学;2009年
3 姚永毅;静电纺丝法制备聚合物纳米纤维及其应用[D];四川大学;2004年
4 亢海刚;纳米纤维基载体材料的静电纺丝制备及其功能化应用研究[D];华东理工大学;2010年
5 常国庆;对电极辅助法控制静电纺丝纤维形貌的研究[D];南京大学;2013年
6 杨洋;基于静电纺丝技术构筑一维纳米复合材料及其催化性能的研究[D];吉林大学;2010年
7 马志军;静电纺丝技术制备低维微纳功能材料及应用研究[D];浙江大学;2011年
8 张锋;静电纺丝构建蚕丝蛋白基支架及其应用于神经修复的研究[D];苏州大学;2010年
9 刘洋;PA6/MWNTs复合纳米纤维纱连续静电纺丝的研究[D];苏州大学;2011年
10 赵一阳;高压静电纺丝技术构筑一维微纳米结构材料[D];吉林大学;2007年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 瞿威;静电纺丝法制备锂离子电池用PVDF/PU纳米纤维隔膜[D];武汉理工大学;2011年
2 于洪全;悬臂式多金属氧酸盐纳米纤维的制备与表征[D];东北师范大学;2004年
3 李正宇;静电纺丝技术制备稀土离子掺杂氢氧化镧纳米纤维与表征[D];长春理工大学;2009年
4 车红锐;静电纺丝技术制备稀土复合氧化物发光纳米纤维与表征[D];长春理工大学;2007年
5 王红莲;电纺纳米纤维运动学建模与仿真[D];厦门大学;2009年
6 朱云波;静电法纺制羊毛角蛋白/PVA纳米纤维[D];天津工业大学;2008年
7 王晓琳;聚吡咙纳米纤维的制备与性能[D];黑龙江大学;2009年
8 张晓燕;一维稀土化合物纳米纤维的制备与表征[D];山东理工大学;2009年
9 徐群星;两种纳米纤维的制备与表征及其电场取向行为的研究[D];湘潭大学;2008年
10 黄小平;无尖端喷头纳米纤维批量电纺的实验研究[D];厦门大学;2008年
中国重要报纸全文数据库 前10条
1 记者 董山峰;我纳米纤维科技及产业正在突围[N];光明日报;2011年
2 记者 韩晓玲 通讯员 郑红 汤怡;武汉纺大举行纺织科技国际论坛[N];湖北日报;2010年
3 本报首席记者 陆慕寒;现代纺织科技国际论坛精粹[N];中国纺织报;2010年
4 菲晏;以色列用牛血清蛋白生产纳米纤维[N];中国纺织报;2008年
5 ;能发光的有机纳米纤维问世[N];今日信息报;2003年
6 记者 郑晓春;以用牛血清蛋白生产纳米纤维[N];科技日报;2008年
7 陈如;纳米纤维素胶体走向产业化[N];中国化工报;2003年
8 ;日本开发出可高倍活性纳米纤维技术[N];今日信息报;2003年
9 邰举;韩国批量生产纳米纤维[N];科技日报;2005年
10 张伟;以色列用牛血清蛋白生产纳米纤维[N];中国纺织报;2009年
中国知网广告投放
 快捷付款方式  订购知网充值卡  订购热线  帮助中心
  • 400-819-9993
  • 010-62982499
  • 010-62783978