纳米纤维技术的开发及应用

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1、《纳米材料的制备与应用》结课论文纳米纤维技术的开发及应用姓名徐鹏程学号1210010105专业班级12级应用化学一班2014年12月4日纳米纤维技术的开发及应用 摘要：纳米纤维是一种新型高附加值差别化的纤维产品,有着广阔的发展前景和应用空间。本文介绍了纳米纤维的概念、应用和发展现状及最新成果, 讨论了纳米纤维的制备方法，包括静电纺丝法、 海岛形双组分复合纺丝法、分子喷丝板纺丝法等。通过例举目前纳米纤维在世界上各国的的应用，展示了纳米纤维广阔的应用前景。 关键词：纳米纤维 静电纺丝法海岛形双组分复合纺丝法 分子喷丝板纺丝法    引

2、言 1990年7月，第一届国际纳米技术会议在美国巴尔的摩召开 ,会议正式公布纳米材料科学成为材料科学的一个新分支 ,从此纳米材料引起了世界各国的极大兴趣和广泛关注 ,掀起了世界范围的纳米研究热潮 。各种纳米尺度的纳米粒子 、纳米纤维 、纳米管 、纳米线和纳米膜已经制备出来 。近几年 ,特别是纳米纤维及其应用研究已成为前沿热点 ,许多国家和地区纷纷制定了纳米纤维技术相关战略和计划 ,投巨资进行研究开发 ,以抢占纳米纤维技术的战略高地 ,而目前纳米纤维的应用研究更是如火如荼 。 一．纳米纤维的概述 纤维对大家来说是十分熟悉的，如日常生

3、活中作为服装材料用的羊毛、蚕丝、亚麻、棉花等都是天然纤维；20世纪出现的化学纤维工业，为人类提供了各种各样的合成纤维和人造纤维；还有金属纤维、矿物纤维和陶瓷纤维等。作为纤维有两个明显的几何特征：第一是纤维有较大的长度/直径比，例如蚕丝和化学纤维的长丝都可认为长度/直径比趋于无穷大；第二是纤维的直径必须比较细，这是出现一定柔韧性所必需的。传统普通纤维材料的直径多为5～50μm；最新开发的超细纤维直径可达0.4～4μm。由此可见，超细纤维也仅是与蚕丝直径相当或稍细的纤维，其直径绝对值只能达到微米或亚微米级，还不是真正意义上的超细纤维。

4、  纳米是一个长度单位，1nm=10-9m。纳米量级一般是指1～100nm的尺度范围。纳米科技的发展，将会给纤维科学与工程带来新的观念。对纳米纤维定义其直径是1～100nm的纤维，即一维纳米材料。纳米纤维按获取途径可以分为天然纳米纤维和人造纳米纤维。纳米纤维(nanofiber)从广义上讲包括纤维直径为纳米量级的超细纤维，还包括将纳米颗粒填充到普通纤维中对其进行改性的纤维。后者是目前国内外开发的热点；采用性能不同的纳米颗粒，可开发阻燃、抗菌、抗静电、防紫外线、抗电磁屏蔽等各种功能性纤维。而对于前者，才是真正意义上的纳米纤维（一维纳

5、米材料），由于其极大的比表面积和表面积－体积比所表现出的特殊性能，日益引起科学家们的重视。  二、纳米纤维的成型技术 纳米纤维有多种成型方法，例如静电纺丝法、熔喷法以及闪纺法（杜邦公司的Tyvek®产品）等，其产品均呈非织造布形式，而使用双组分复合纺丝法可得到长丝纱。近年来，原纤化制纳米纤维法和Dendrite法纳米纤维技术也取得了一定的进展。 1.1 静电纺丝法 静电纺丝法即聚合物喷射静电拉伸纺丝法,是一种制备超细纤维的重要方法。该不同于常规方法的纺丝技术，是基于高压静电场下导电流体产生高速喷射原理发展而来的。其基本过程是：聚合

6、物溶液或熔体在几千至几万伏高压静电下克服表面张力产生带电喷射，溶液或熔体在喷射过程中干燥、固化最终落在接收装置上形成纤维毡或其他形状的纤维结构物。由于静电纺丝技术特殊的原理与工艺，制得的纤维直径一般在数十纳米到数微米之间。静电纺纳米纤维网与常规熔喷非织造布（MB）和纺粘非织造布（SB）相比有两个基本相似点：一是均为流动相聚合物，采用一步法直接成网；另一个是纤维中无任何添加剂，也无需使用粘合剂。采用静电纺丝工艺制得的纳米纤网具有纳米纤维的典型特点，可加工成一系列具有特殊功能的产品。将纳米纤网与熔喷非织造布复合，能最大限度地强化复合制

7、品的液体浸蚀性，并明显改善复合产品的空气阻隔和透气性能。 纳米纤维本身具有较高的轴向强力，高空隙率和特别的比表面积以及良好的机械性能。同为纤维网状结构，静电纺纳米纤维网与常规熔喷非织造布（MB）和纺粘非织造布（SB）相比有两个基本相似点：一是均为流动相聚合物，采用一步法直接成网；另一个是纤维中无任何添加剂，也无需使用粘合剂。1.2 熔喷纺丝法 静电纺丝法由于聚合物溶于溶剂，纺丝液浓度受到一定的限制，因此生产效率相对较低，而且还需配置溶剂处理和回收系统。而熔喷法纳米纤维的加工基本沿用传统熔融纺丝技术，不需要溶剂处理过程，具有高效率、

8、低成本、易规模化生产的优势。 熔喷法得到的纤维网属微米或亚微米级（直径为40～2000 nm）尺度的混纤网。在加工热塑性高聚物时，该项技术显示出相对经济的特点，同时也具有规模化纺制纳米纤维的潜力。因此，熔喷法工艺正成为纺制纳米纤维的重要方法之一，如