电纺丝制备高聚物纳米纤维

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1、摘要纳米纤维由于其极小的直径以及极大的比表面积和表面积～体积比，表现出许多特殊的性能，可用于高性能吸附、过滤、防护、生物医用等材料。高聚物纳米纤维的制备技术有电纺丝、海岛形双组分复合纺丝、催化挤出聚合、分子喷丝板纺丝等，其中电纺丝技术是目前研究的热点，而且具有较大的发展前景。电纺丝技术是基于高压静电场下导电流体产生高速喷射的原理发展而来，其基本过程是：聚合物溶液或熔体在几千至几万伏的高压静电场下克服表面张力而产生带电喷射流，溶液或熔体射流在喷射过程中干燥、固化，并保持一定电荷量，最终落在接收装置上形成纤维毡或其它

2、形状的纤维结构物。电纺丝制得纤维直径一般在数十纳米到数微米之间。本文主要对鍪耍竖髓j鼬越2￡里茎!壁鉴(DMF)、PAN／二甲基已酰胺(DMAC)体系进行电纺丝，调节静电压(20～50KV)、喷头孔径(0．5～O．8mm)、接收距离(15～25em)、溶液浓度(6Wt％14Wt％)等过程参数，制得PAN纳米纤维，纤维平均直径在2001000蚴；详细分析了过程参数对纤维细度、形态等的影响，认为高聚物溶液浓度及静电压对纤维细度有决定性影响，其它过程参数如接收距离、喷射孑L径、纺丝溶液温度、溶液电导率等的调整应以这两参

3、数为基础进行。另外，采用辊筒收集有利于纺丝工艺的顺利进行，而且辊筒收集能使纤维毡中的纤维较整齐排列，但辊筒的卷绕速度远远小于电纺丝速度，辊筒的旋转不能起到拉伸的作用。对所得PAN纤维毡作热定型、预氧化及碳化处理，发现热定型在一定程度上能提高纤维的强度，辊筒收集的预氧化纤维毡有一定光泽，而碳化后的单根纤维直径大大减小。进行翟塑苎三嬖!醚闻茎三援(MPIA)、聚4,4'-二氨基二苯醚撑对苯二甲酰对莲二胺(DPETA)等高性能纤维的电纺丝，发现不同、————、、—_，。———一⋯高聚物所能得纤维细度有较大差别，这与二者

4、的分子链结构有很大的关系。分子链的结构在一定程度上决定所能得到电纺纤维的细度。用必N与二醋酸纤维素(sg垒L的混合溶液进行电纺丝，而后、。。—————————————————／用丙酮溶解掉纤维中的SCA相产生孔洞。不同比例PAN与SCA混合溶液的电纺纤维呈现不同的电镜图，二者比例相当时，PAN与SCA各自成纤，当SCA含量低时，SCA往往分散于PAN纤维中。结合试验观测及静电喷雾技术等知识，对电纺丝形成纤维的过程进行分析。高聚物溶液从喷射孔流出首先要生成Taylor圆锥，然后Taylor圆锥伸长，并伴随着射流的不

5、稳定运动，接着射流开始向固化纤维转化。关于高聚物溶液射流，作者认为可能存在分裂细化与单一细化两种形式。通过Reneker等人单一细化的分析推出电纺丝速度计算公式，但计算结果与已报导数值有较大差别，从而提出射流分裂的可能性。本论文的创新工作主要在于：1．通过辊筒收集制得具有一定规整度的PAN纳米纤维毡，并对纤维毡进行预氧化等后处理，而且采用测定纤维毡“断裂强度”的方法对纳米纤维的排列取向进行估计；2．对不同高聚物溶液进行电纺丝，发现所能得到的纤维细度有较大差别：3．对混合溶液进行电纺丝试验，通过选择性的去除所得纤维

6、中的一种组分而产生特殊的表面形态或细小孔洞；4．结合高压静电喷雾技术分析电纺丝的射流运动，提出射流形成纤维可能有分裂细化及单一细化两种形式，并依照单一细化的观点得出电纺丝速度的计算公式。关键词：纳米纤维电纺丝静电压溶液浓度纤维直径辊筒收集预氧化分子链结构混合溶液射流细化分裂电纺速度ElectrospunPolymerNaofibersABSTRACTBecauseoftheverysmalldiameters，atti酶specificsurfacealgaperunitmassandahighratioofsu

7、rfaceareat0volume．nanofibershavemanifestedmanyspecialperformances．Andthesefibersareofconsiderableinterestsforvariouskindsofapplicationsuchasadsorption，filtration，protectionandbiologicalmedicine．ThetechnologiesforthepreparationofPolymernanofibersincludeeleetro

8、spinning,sea-islandmodelspinning，catalyzedextrusionpolymerization，andmolecularspinneretspinningetc．ElectrospinningisthefocuswayrecentlyandhasdemonstI'atedalargepotential．Eleetrospinningor