静电纺丝制备Nafion纳米纤维的工艺及性能研究

摘要

Nation纳米纤维在近年来的研究中，逐渐表现出它独特的优势，Nation纤维相比于Nation产品的其他形态，包括颗粒、溶液和膜，具有比表面积大、孔隙率高、电导率高等优点，可以用在电化学、催化、传感器等方面。静电纺丝制备Nation纳米纤维具有简单、有效、可控等优点，国内外有一些研究者对静电纺丝制备Nation纳米纤维进行研究，大部分采用的Nation原料为商品化的Nation溶液，Nation颗粒运输和储存方便且成本相对较低，本课题采用Nation颗粒作为原料，从溶解实验到静电纺丝进行了系统研究。在静电纺丝实验中，借助正交实验设计法，提取了实验参数中有重要影响的四个因素，分别是携带物含量即PEO在溶液中的质量、溶液流量、接收转辊的转速以及针头到转辊的距离，每个因素设三个不同水平，最终找到了实验中影响纤维直径的主次因素和最佳水平，因素影响作用依次为流量＞针头到转辊的距离＞转辊接收器转速＞携带物含量，每个因素的最佳水平分别是:携带物含量为0.04 g，针头到转辊之间的距离为23 cm，流量为0.1 mL·h-1，转辊转速为180 r·min-1。采用最佳水平组合作为实验条件进行了验证实验，最后获得纤维直径为150nm，纤维中Nation含量高达98％;将制得的Nation纳米纤维膜进行了电导率测试，结果显示在常温条件下，Nation纳米纤维膜的电导率是商业化Nation115膜的6倍。
　　为提高生产纳米纤维的效率，本课题首次提出采用离心静电纺丝制备Nation纤维，由于离心静电纺丝起步较晚，对其机理和工艺参数还需大量研究，本课题在进行Nation纳米纤维制备之前，首先采用PVP为原料，探索了离心静电纺丝中电压和转速的变化对纤维直径和形貌、纤维轨迹以及纤维产量的影响。最后成功制得Nation纳米纤维，但由于Nation/携带物溶液粘度较高，且离心静电纺丝流量过大，纺丝存在很多困难，希望以后的研究者可以在设备与工艺参数等方面做进一步地研究。

目录

声明

摘要

主要符号表

第一章 绪论

1．1 引言

1．2 Nafion概述

1．3 静电纺丝概述

1．4 静电纺丝法制备PFSA纤维的国内外现状

1．5 离心静电纺丝法概述

1．5．1 离心静电纺丝简介

1．5．2 离心静电纺丝国内外现状

1．6 正交实验方法

1．7 本课题研究的主要内容及意义

第二章 溶液静电纺丝制备PFSA纤维

2．1 前言

2．2 基于正交试验法研究分析静电纺丝制备Nafion／PEO纳米纤维实验参数影响

2．2．1 实验材料及设备

2．2．2 溶液静电纺丝实验装置

2．2．3 Nafion／PEO溶液配制

2．2．4 正交实验设计

2．2．3 静电纺丝制备PFSA纤维实验过程

2．2．4 测试表征

2．3 结果与讨论

2．3．1 溶液配制工艺

2．3．2 溶液静电纺丝实验设备的选取

2．3．3 溶液静电纺丝过程参数的研究

2．3．4 PFSA纤维膜的电导率

2．4 本章小结

第三章 离心溶液静电纺丝制备PFSA纤维

3．1 前言

3．2 聚乙烯吡咯烷酮(PVP)的离心静电纺丝实验

3．2．1 实验材料及设备

3．2．2 离心静电纺丝实验设备

3．2．3 聚乙烯吡咯烷酮(PVP)的离心静电纺丝实验过程

3．2．4 PFSA的离心静电纺丝过程

3．2．5 测试表征

3．3 结果与讨论

3．3．1 不同电压和转速对纤维分布的影响

3．3．2 离心纺丝与静电纺丝射流形成规律对比

3．3．3 不同电压和转速条件下的射流轨迹示意图分析

3．3．4 纤维直径变化规律

3．3．4 PVP纤维产量

3．4 PFSA的离心静电纺丝实验

3．5 本章小结

第四章 结论与展望

4．1 结论

4．2 展望

参考文献

致谢

研究成果及发表的学术论文

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