聚丙烯腈纳米纤维复合膜的制备及其力学性能研究

摘要

采用静电纺丝法可以较为简便的制备出纳米纤维，但是其力学性能不够优异，本文采用将两种纤维膜复合的方法使其孔径率减小，平均直径增加以便于增加其力学性能。聚丙烯腈(PAN)被认为是当今制备碳纤维最为重要的原丝，其优点设计具有高度的分子取向且具有较高的熔点，但是纤维比较蓬松、不耐磨。而聚环氧乙烷(PEO)属于醚类化合物，大分子链内含有大量的氧化物，因此极易发生氧化还原反应以至于其熔点较低。将其与PAN纤维膜复合时，熔点较低的PEO纤维膜融化并覆盖在PAN纤维的表面有利于其孔径率的减小纤维直径的增大，从而改善其力学性能。而聚氨酯(PU)具有良好的机械性能、良好的柔韧性能、以及耐疲劳的性能，将PU与PAN参杂可以不仅改善PAN的强度差不耐磨等特点还大大改善了纤维膜的外貌特征以及透明度。
　　首先将PAN溶于N,N—二甲基甲酰胺(DMF)利用静电纺丝的方法制备纤维膜，其纺丝参数为高压电源12kv，喷丝头和接收板距离12cm，纺丝速率为0.6ml/h。随后分别制备浓度为5％、6％、8％、9％的PEO/去离子水以制备PEO纤维膜，其纺丝参数为高压电源12kv，喷丝头和接收板距离15cm，纺丝速率为0.6ml/h。分别采用叠加法与对喷法将两种膜叠加复合。通过TG分析PEO分解点确定复合膜的热处理范围，并通过SEM图分析其形貌特征以及孔径、直径分布的变化确定最佳热处理参数为140℃。通过力学性能测试分析其力学性能的变化确定最佳力学性能的复合膜热处理参数为100℃。随后通过对喷法制备PAN/PEO复合纳米纤维膜，其纺丝参数为高压电源12kv，喷丝头和接收板距离15cm，纺丝速率为0.6ml/h，两个喷丝头间距为1cm。热处理后通过SEM图分析其纤维膜变化情况，结果发现当热处理温度为100℃是复合膜内纤维几乎完全熔融。
　　其次采用混纺法制备混纺法制备PAN/PU复合纳米纤维膜。首先将不同比例的PU与PAN高聚物溶于N,N—二甲基甲酰胺(DMF)，其比例分别为PAN:PU为2:8、3:7、4:6、5:5、6:4，其纺丝参数为高压电源20kv，喷丝头和接收板距离18cm，纺丝速率为0.6ml/h。通过TG分析PU分解点确定复合膜的热处理范围，并通过SEM图分析其形貌特征、孔径、直径分布以及透明度的变化确定最佳热处理参数为200℃。
　　测试纤维膜热处理前后的力学性能的变化。分析发现随着PU含量的降低，纤维膜的断裂强力有下降的趋势。热处理后纤维膜相对于热处理前的力学性能有提升，初始模量与断裂强度都有明显的提升。通过测试不同热处理温度下制得纤维膜的透明度，结果表明随着热处理温度的增加纤维膜透明度有所提高。通过测试不同比例的配置的热处理后的PAN/PU纤维膜，结果表明的那个PAN:PU为4:6时纤维膜的透明度最好。

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第一章 绪论

1.1 纳米纤维

1.2 静电法制备纳米纤维

1.3复合纳米纤维膜

1.4聚丙烯腈复合纳米纤维膜的研究现状

1.5本文的研究目的及内容

第二章 PAN/PEO复合纳米纤维膜的制备及其力学性能分析

2.1 实验部分

2.2 结果与讨论

2.3 本章小结

第三章 PAN/PU纳米纤维膜的制备及其形貌特征分析

3.1 实验部分

3.2 结果与讨论

3.3本章小结

第四章 PAN/PU复合膜力学性能及其透明度分析

4.1 实验部分

4.2结果与分析

4.3本章小结

第五章 全文总结与展望

5.1 全文总结

5.2 展望

参考文献

攻读硕士期间发表论文情况

致谢