聚乙烯醇/银纳米线复合纤维的制备及其性能研究

摘要

聚乙烯醇（PVA）纤维作为合成纤维的主要品种之一，被广泛应用于工业、渔业、医疗等领域。然而，单一功能的纤维在很大程度上已无法满足使用要求，因此多功能复合纤维的制备引起了越来越多的关注。其中，皮芯复合纤维由于能够同时发挥出芯层和皮层的优点而被大量研究。
　　本课题采用银纳米线（AgNWs）来改性聚乙烯醇纤维，将通过湿法纺丝法制备的PVA/AgNWs微米纤维作为静电纺丝聚乙烯醇纳米纤维的接收装置，制得以PVA/AgNWs微米纤维为芯层、PVA纳米纤维为皮层的微纳复合纤维。
　　本文的主要研究内容和结论如下：
　　(1)利用多元醇法制得银纳米线（AgNWs），并采用扫描电子显微镜（SEM）和X射线衍射分析（XRD）对银纳米线进行了形貌、结构等表征。结果表明，银纳米线纯度较高，呈现很好的线状，直径在80~100 nm之间，具有较大的长径比。通过紫外可见分光光度计（UV-vis）表征发现，银纳米线在聚乙烯醇溶液中有一定的团聚现象出现。
　　(2)通过湿法纺丝制备了PVA/AgNWs微米纤维，并对其形貌、导电性能、力学性能进行研究。结果表明，PVA/AgNWs微米纤维的表面较光滑，银纳米线的加入对纤维的表面形貌几乎没有影响。在银纳米线含量较低的情况下，导电性呈上升趋势，在含量为0.75 wt％时达到最大值，再继续增加银纳米线含量，导电性下降。同时，PVA/AgNWs微米纤维的导电性还随着纤维拉伸比的增加而减小。随着银纳米线的含量从0 wt%增加到1.25 wt%，PVA/AgNWs微米纤维的力学强度从370 MPa减小到177 MPa，断裂伸长率从11.7%减小到1.3%。
　　(3)利用静电纺丝法，将 PVA/AgNWs微米纤维直接作为接收装置，制备了以PVA纳米纤维为皮层，PVA/AgNWs微米纤维为芯层的微纳复合纤维。SEM的表征证明，纳米纤维皮层在PVA/AgNWs微米纤维周围分布较均匀，厚度受到银纳米线含量的影响，变化趋势与PVA/AgNWs微米纤维的导电性变化趋势一致。同时纳米纤维层厚度随纺丝时间的增加而不断增加，但增加速度呈现渐渐变慢的趋势。对微纳复合纤维进行后续的热拉伸，表面纳米纤维的取向度从33%增加到了94%。对微纳复合纤维进行抗菌性能和细胞粘附性能测试。结果表明，得到的复合纤维对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌均具有一定的抗菌性能，对人类成骨细胞具有较好的粘附性。
　　(4)利用3-巯基丙酸(MPA)修饰银纳米线，得到 f-AgNWs，并对其形貌、结构等进行研究。结果表明，3-巯基丙酸在加入量比较少的情况下能够较均匀地吸附在银纳米线表面，使得银纳米线分散均匀，而在加入量较多的情况下反而增加了团聚现象。
　　(5)通过湿法纺丝制备PVA/f-AgNWs微米纤维。SEM图像显示，f-AgNWs的加入对纤维的表面形貌影响很小，而截面变得粗糙，说明 f-AgNWs与聚乙烯醇基体之间产生了一定的相互作用。f-AgNWs的加入大大增加了微米纤维的导电性，而强度随 f-AgNWs含量的增加而下降，但 f-AgNWs对强度的影响要小于未改性的AgNWs。

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第一章 绪论

1.1 皮芯型复合纤维概述

1.2 聚乙烯醇纤维及其制备方法

1.3 纳米银概述

1.4 聚合物/纳米银复合材料的研究

1.5 课题研究的内容及意义

参考文献

第二章 聚乙烯醇/银纳米线微米纤维的制备及表征

2.1 引言

2.2 实验部分

2.3 结果与讨论

2.4 本章小结

参考文献

第三章 微纳复合纤维的制备及表征

3.1 引言

3.2 实验部分

3.3 结果与讨论

3.4 本章小结

参考文献

第四章 银纳米线的改性及其复合微米纤维的制备

4.1 引言

4.2 实验部分

4.3 结果与讨论

4.4 本章小结

参考文献

第五章 全文结论

攻读硕士期间发表的论文

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