电场和热力场下静电纺纤维形貌与微观结构的研究

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1、学校代码：10255学号：1149214电场和热力场下静电纺纤维形貌与微观结构的研究STUDYONMORPHOLOGYANDMICROSTRUCTUREOFELECTROSPUNFIBERSUNDERELECTRICANDTHERMAL-MECHANICALFIELDS专业名称：非织造材料与工程作者姓名：李想指导教师：曾泳春答辩日期：2018年5月24日东华大学学位论文原创性声明本人郑重声明：我恪守学术道德，崇尚严谨学风。所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果。除文中已明确注明和引用的内容外，本论文

2、不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品及成果的内容。论文为本人亲自撰写，我对所写的内容负责，并完全意识到本声明的法律结果由本人承担。学位论文作者签名：日期：年月日东华大学学位论文版权使用授权书学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅或借阅。本人授权东华大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。保密□，在年解密后适用本版权书。本学位论文属于不保密□。学位论文作者签

3、名：指导教师签名：日期：年月日日期：年月日摘要电场和热力场下静电纺纤维形貌和微观结构的研究摘要本文对电场和热力场下静电纺纤维的形貌和微观结构进行研究。采用实验和数值模拟的方法，从电场的角度来分析主要由喷嘴结构诱导的电场分布对静电纺纤维形貌和纤维分子取向的影响，研究电场分布对静电纺纤维直径的拉伸和分子链的拉伸所起的作用，为预测和调控静电纺纤维的宏观形貌和内部微观结构拓展了新的研究思路。鉴于静电纺纤维膜较弱的力学性能，通过引入热压后处理方法来改善静电纺纤维膜的力学性能，重点研究不同温度和压力条件下静电纺纤维的宏观形貌和微观结晶行为的

4、变化规律来分析和解释静电纺纤维膜力学性能及防水透湿性能得以改善的原因，为静电纺纤维的运用推广奠定实验和理论基础。且热压首次应用于静电纺纤维膜防水透湿性能的研究。然而，目前研究者对静电纺纤维微观结构的研究还限制在静态状态，本文采用同步辐射X射线技术与热力耦合装置，原位在线研究静电纺纤维不同热力场下的微观结构演变，运用静电纺纤维的内部微观结构分析其纤维形貌及纤维膜力学曲线的变化，为调控加工工艺提供理论支撑。本论文共分为六章。第一章总结了静电纺纤维的形貌、微观结构的国内外研究现状，结合已有的研究成果指出了目前研究的不足，从而明确本文的

5、研究内容和研究目的。第二章通过对设计的两种锥形结构喷嘴进行电场模拟，并采用高速动态分析仪捕捉射流的运动轨迹，研究电场分布对静电纺纤维形貌及纤维膜力学性能的影响规律，并通过实验验证了鞭动区域的电场强度影响着纤维的直径大小，电场分布相对均匀的纺丝系统能够纺制出相对较细I摘要且均匀的纤维，而此纤维能够有效地提高纤维膜的力学性能，纤维间的粘连能改善纤维膜的断裂强力，却将减少纤维膜的断裂伸长率。第三章通过对不同喷嘴结构的静电纺丝系统所纺制纤维的形貌和分子取向进行表征，探索静电纺丝过程中电场分布在纤维直径的拉伸和纤维分子链的拉伸中所起的作用

6、。模拟喷嘴内部和外部电场，并结合计算的射流初始部分运动速度，得出纤维的分子链和纤维直径的拉伸被不同阶段的电场所影响，喷嘴出口附近处的电场主要影响纤维的分子取向，而鞭动部分的电场主要影响纤维直径的大小。第四章引入热压后处理方法来改善纤维膜的力学性能，探索不同温度和压力条件下纤维膜的宏观形貌和微观结晶行为的变化规律，来分析和解释纤维膜力学性能和防水透湿性能得以改善的原因。通过合理地调控温度和压力的作用条件，热压赋予静电纺纤维膜具有粘连结构，优化的孔径，良好的润湿性，较高的孔隙率以及结晶度，并促使了不同聚合物的结晶相的转变。纤维膜的粘

7、连结构和较高的结晶度是提高其断裂强度的主要原因，也是减小断裂伸长率的因素。同时，优化的孔径和良好的润湿性有效地改善纤维膜的防水性，而较高的孔隙率维持其较好的透湿性。第五章采用同步辐射WAXD技术结合热力耦合装置原位研究不同热力场下静电纺纤维微观结构的实时演变，探讨了纤维的分子取向、晶体相、结晶度的变化规律。静电纺PVDF纤维膜的晶体结构、分子取向受到外界温度和拉伸的影响，不同的热力场作用将会促进晶体结构的转变，以及晶体取向程度的变化。本章运用纤维微观结构的变化规律对纤维的形貌及纤维膜的应力-应变曲线进行分析。第六章是对本文的研究

8、结果进行总结，列举了本文存在的不足，并展望了课题的研究方向。关键词：静电纺纤维;电场分布;形貌;微观结构;热力场;同步辐射X射线IIABSTRACTSTUDYONMORPHOLOGYANDMICROSTRUCTUREOFELECTROSPUNFIBERSUNDE