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静电纺丝芳纶膜的制备及性能表征

虢杰  
【摘要】:静电纺丝是一种直接而相对简便的制备超细纤维材料的方法,由于具有生产成本低、污染小、可纺物质种类繁多,得到的纤维直径小且分布范围可控等特点,在过滤、生物医学等很多方面有广阔的应用前景。采用传统方法获得的纤维过滤材料直径通常在几微米到几百微米(μm),而静电纺丝纤维直径通常能可控在几十纳米至数微米之间,纤维直径的降低使电纺膜的比表面积增大,孔径减小,孔隙率提高,因此有更高的过滤效率。本文以间位芳纶和阔叶木纤维为原料,溶于LiCl/DMAc溶剂后,控制工艺条件进行静电纺丝得到超细纤维膜,然后对膜进行处理以稳定其形貌和结构。 本论文研究了间位芳纶的溶解条件、溶液粘度和电导率的影响因素;着重研究了溶液浓度和工艺参数对电纺膜的形貌特征、力学性能和透气性能的影响。通过红外光谱(FT-IR)对电纺膜进行成分分析;利用扫描电子显微镜观察纤维形貌和尺寸分布;利用万能试验机对膜的拉伸性能进行测定;用耐破度仪表征膜的耐破度;透气度仪测试膜的透气率。 实验研究结果表明:随着温度升高、氯化锂浓度增大和芳纶浓度降低,芳纶溶解性能增强;合适的溶解条件是芳纶浓度不超过12wt%,氯化锂浓度不超过10wt%,温度在80℃-100℃范围。芳纶浓度影响溶液粘度和电导率,从而对溶液的纺丝性能造成影响。用辊筒收集时得到了形貌较好的电纺膜,具有疏松透气的结构和较好的力学性能,其纤维直径在100nm-1μm之间;溶液浓度、纺丝电压、接收距离、流速对静电纺丝纤维的形貌尺寸和分布排列有重要作用,从而影响芳纶膜的结构和力学性能。经过烘干和水浴浸渍后可除去芳纶膜中绝大部分的溶剂,使芳纶膜结构和性能稳定。在溶液中添加少量溶解的阔叶木纤维后,控制纺丝条件,仍能得到纤维形貌完整的静电纺丝芳纶膜。


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