提高静电纺纳米纤维力学性能的方法_赵楚楚

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1、2013年第11期产业用纺织品综述*提高静电纺纳米纤维力学性能的方法111，2赵楚楚田龙潘志娟(1．苏州大学纺织与服装工程学院，苏州，215021;2．现代丝绸国家工程实验室，苏州，215123)摘要:针对采用常规静电纺丝方法制得的纳米纤维力学性能相对较差的问题，综述了提高静电纺纳米纤维力学性能的三种方法:提高纳米纤维定向排列程度、提高大分子链取向度和制备加捻纱，可为进一步开发性能优异的静电纺纳米纤维提供参考。关键词:静电纺丝，纳米纤维，力学性能中图分类号:TQ340．649文献标志码:A文章编号:1004－7093(2013)11－0001－08静电纺丝是一项能制备纳米或微米级纤维的维排

2、列无序，因此很难适用于微电子设备制造等方新型纺丝技术，可适用于大部分聚合物，具有经济、面，同时也难以加工为其他形式的产品。定向排列［1］［4］灵活、方便和高效等优点。通过静电纺丝制得的纤维轴向断裂强度高、尺寸稳定性好，因此如的纳米纤维，有着广泛的应用领域，如过滤、生物组何获得定向排列的静电纺纤维成为许多研究人员织工程、生物载药、创伤敷料、复合增强、传感器、防关注的焦点。由于在静电纺丝过程中，需要使用较［2］护服、电学和光学等。由于在纺丝过程中存在高的纺丝电压和较大的纺丝距离，同时在此条件下着一种不稳定“鞭动”的状态，使得接收到的纤维产生的射流作无规运动，因此获取定向排列的纤维［3］往往是杂

3、乱无章的，力学性能相对较差，从而限变得比较困难。随着研究人员的不断努力，在获取制了静电纺丝的工业化生产及其产品的推广应用。定向排列的纤维束方面取得了一定的进展。因此，开发具有优良力学性能的静电纺产品，对于研究者们已经通过多种方法来提高静电纺丝拓展其应用领域非常重要。本文简要介绍了提高［5］过程中纤维的定向排列程度，其中两片导电基静电纺纳米纤维力学性能的方法:一是通过改进静底组成的接收装置［6-9］、框架式接收装置［10-13］、辅电纺丝装置提高静电纺纳米纤维定向排列程度;二助电极［14-16］、附加磁场法［17-18］和水浴法［19-20］仅研是通过制备加捻纱提高纱线的力学性能;三是对纤究

4、了静电纺纳米纤维定向排列程度，并未涉及其力维进行热拉伸后处理，提高大分子链的取向度。学性能。下面主要从旋转接收装置和辅助电极两个方法来说明不同的方法对纤维定向排列和力学1提高静电纺纳米纤维定向排列程性能的影响。度的方法1．1旋转接收装置1．1．1滚筒接收装置一般的静电纺产品都是纤维毡，由于其内部纤采用较高转动速度的滚筒接收装置可以得到［21］平行排列的纤维。Mathew等研究了滚筒转速*苏州市纳米技术专项基金项目(ZXG2012043);江苏高校优对静电纺聚对苯二甲酸丁二酯(PBT)纤维膜定向势学科建设工程资助项目［苏政办发(2011)6号］排列程度及力学性能的影响，其所采用的静电纺丝收稿

5、日期:2013－08－05装置如图1所示。研究发现:只有在合适的转速作者简介:赵楚楚，女，1990年生，在读硕士研究生。主要研究1200r/min(表面速率12．9m/s)下才能得到最佳方向为特种纺织材料的开发。通信作者:潘志娟，E-mail:zhjpan@suda．edu．cn定向排列的纤维，转速过低或过高都会影响纤维定—1—综述产业用纺织品总第278期向排列程度;沿滚筒旋转方向的纤维膜，随着线速过机械方式实现纤维的有序排列，与滚筒接收极装［22］度的增加，其力学性能提高了4倍。Kim等研置相比，可以在较低转速下收集到有序程度较高的究了转速对聚对苯二甲酸乙二酯(PET)纤维膜的纤维。试验

6、也发现，在旋转接收极的不同区域，由影响。当转筒表面线速度介于30～45m/min之间于各点线速度不同，导致所收集纤维的有序程度不时，PET纤维膜的初始模量、屈服应力和拉伸强度同，靠近圆心处的有序性较差，远离圆心处有序性随着转筒表面线速度的增加而增加;当转筒表面线较好，但纤维膜在旋转接收极同心圆的圆周方向均速度大于45m/min时，PET纤维膜的初始模量、屈有较高的强度。服应力和拉伸强度随着转筒表面线速度的增加反1．2辅助电极［23］［25］而减小。王曙东等研究了以滚筒为接收装置和Kim等采用平行板电极作为接收装置，并以平板为接收装置得到的聚乳酸(PLA)纤维膜的对其施加交流电场，如图3所示

7、。此方法得到了定结构与力学性能。研究发现滚轴转速对纤维取向向排列的纤维，且研究发现其力学性能与纤维定向具有较大影响。当滚轴转速为2000r/min时可获排列程度有关，主要受接收电极的电场强度和频率得具有较好取向的纤维;PLA取向纤维膜的结晶度等因素影响。用高速摄像机观察射流曲线，发现辅高于无规排列PLA纤维膜，前者的力学性能好于助电极消除了射流鞭动不稳定和弯曲不稳定。此后者。方法不仅可提高纤维定向排列程度和力学性能，并能