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含氟聚合物的电纺及其应用研究

孙复钱  
【摘要】: 静电纺丝技术是基于高压电场下带电流体产生高速喷射的原理发展而来,用以制备纳米纤维的一种方法。所得纤维直径一般在数十纳米到数微米之间,纤维无规堆砌形成孔尺寸约0.1微米-10微米的膜,具有高的比表面积和孔隙率,可用于催化、过滤、组织工程、药物释放系统、防护服、电池隔膜等方面。本文利用静电纺丝技术制备了含氟聚合物纳米纤维膜,并对纳米纤维膜的结构、力学性质、水接触角,以及将纳米纤维膜作为锂离子电池聚合物电解质隔膜等进行了研究。 以N,N -二甲基甲酰胺和丙酮作溶剂,研究含氟聚合物静电纺丝工艺过程,分析了溶液浓度、混合溶剂配比、溶液流速、接收距离等因素对纤维形貌和直径分布的影响,并测量了含氟聚合物纤维膜的力学性质。结果表明,纺丝溶液浓度对电纺纤维形貌有很大影响,电纺纤维直径随纺丝溶液浓度的增大而增大。DMF/丙酮体积比8:2的混合体系为溶剂比单纯使用DMF作溶剂配制含氟聚合物溶液电纺形成的纤维形貌清晰,直径分布更均匀。纤维直径随溶液流速的增大而增大,改变接收距离对纤维形态和直径分布影响不明显。浓度30%的PVDF-TFE溶液电纺所得纤维膜的拉伸强度为13.60MPa,而当浓度降低到20%时,电纺所得纤维膜拉伸强度仅为5.15MPa,而PVDF-HFP纤维膜的拉伸强度大都在22MPa以上。 将相分离技术与静电纺丝技术结合起来制备了含氟聚合物纳米多孔纳米纤维膜,并采用场发射扫描电子显微镜等方法对纤维的结构进行了探讨,同时考察了纤维膜的力学性质。结果显示,纳米纤维表面形成了纳米孔结构。致孔剂PVP的分子量对多孔含氟聚合物纤维表面形态有很大影响,随着PVP分子量的增大,多孔纤维的平均直径增大。以PVP K30为致孔剂所得含氟聚合物纳米多孔纳米纤维膜的拉伸强度最高。改变致孔剂PVP K30浓度对所得纳米多孔PVDF-HFP纤维膜的力学性质影响很小。 论文还对电纺含氟聚合物纤维膜作为锂离子聚合物电池隔膜进行了初步研究。电纺PVDF纤维膜孔隙率为212.0%,吸收电解质后室温电导率达到1.92×10~(-3)S/cm,以PVP K30为致孔剂所得纳米多孔PVDF纳米纤维膜孔隙率和电导率与电纺PVDF纤维膜相差不大。电纺PVDF-HFP纤维膜孔隙率为161.4%,吸收电解质后室温电导率仅为0.79×10~(-3)S/cm,以PVP K30为致孔剂所得纳米多孔PVDF-HFP纳米维膜孔隙率和吸收电解质后的电导率都明显提高,分别达到203.5%和1.35×10~(-3)S/cm。


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