静电纺取向纳米纤维及其纤维束制备的研究

摘要

本文主要对旋转滚筒接收制备静电纺纳米纤维进行了研究。通过将静电纺丝与传统纺纱中的涡流纺纱相结合,自主研发了一种获取静电纺纳米纤维束的新型的接收装置,并对该接收装置的纺丝原理、纺丝工艺参数等进行了初步的探讨。首先研究了滚筒法制备静电纺取向纳米纤维的纺丝工艺。选用质量分数为12％的聚丙烯腈(PAN)溶液作为纺丝液,当纺丝电压为12kV,纺丝距离为12cm和纺丝流率为0.01ml/min时,考虑到射流的稳定和节约能源,选取获取具有一定取向排列的静电纺纳米纤维的滚筒最佳转速为150rpm。然后通过在纺丝液中分别添加活性碳、氯化锂来制备静电纺取向纳米纤维膜,研究了添加剂的加入对纤维形貌、结构和力学性能的影响。研究发现,添加剂加入后都能改善纤维的取向程度,且氯化锂加入后,纤维在滚筒上的沉积面积减小。随着活性碳含量的增加,所得纤维的直径逐渐增加,而添加氯化锂后,纤维直径的变化不是很明显,但是当氯化锂含量为0.6％时,纤维间出现集束的现象。通过XRD分析可知,氯化锂的加入能提高聚丙烯腈大分子的规整排列。通过力学性能分析发现,随着活性碳含量的增加,纤维的力学性能变差,且活性碳对力学性能的影响明显,而随着氯化锂含量的增加,纤维的拉伸应力呈现先减小后增加的趋势,且当氯化锂含量为0.6％时,静电纺取向纳米纤维的拉伸应变提高。最后,采用漏斗型管道作为静电纺接收装置,并对漏斗后端的圆柱形管道切向抽真空,使得在整个漏斗型管道内部及漏斗口部分形成一定的气流场,从而对纤维进行集聚,形成纤维束。此外,采用质量分数为12％的聚丙烯腈溶液作为纺丝液,对新型静电纺丝装置的纺丝工艺参数进行了初步的探讨,研究了纺丝距离、纺丝流率、真空泵的抽气速率等因素对静电纺纳米纤维束的形成的影响。通过实验发现,当纺丝距离为3cm,纺丝流率为0.005ml/min,真空泵的抽气速率为6L/s时,能获得集束性能良好的静电纺纳米纤维束。当在纺丝液中添加0.6％的氯化锂后,纤维束的制取较纯的聚丙烯腈溶液容易。