静电纺聚醋酸乙烯酯／TiO2复合纳米纤维的弯曲力学性能.pdf

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1、第29卷第6期高分子材料科学与工程VOl29．NO．62013年6月P0LYMERMATERIALSSCIENCEANDENGINEERINGJur1．2013静电纺聚醋酸乙烯酯／Tio2复合纳米纤维的弯曲力学性能马明，梁运兴，一，吴宁1,2，张国利1,2，陈利1,2(1．天津212业大学先进纺织复合材料教育部重点实验室；2．天津工业大学复合材料研究所，天津300387)摘要：结合溶胶凝胶法和静电纺丝技术制备了聚醋酸乙烯酯(PVAc)／二氧化钛(TiO2)复合纳米纤维。使用扫描电子显微镜(SEM

2、)、透射电子显微镜(TEM)和扫描探针显微镜(SPM)对复合纳米纤维的表面形貌、内部粒子分布和单纤维弯曲弹性模量进行了表征与测试。结果表明，Ti。2纳米粒子均匀地分布在PVAc纳米纤维中；随着Ti02含量的增加，纳米纤维的平均直径从585nm减少到287nm；由于Tio2溶胶分子与聚合物分子形成了较强的氢键作用使得与杂化纳米纤维的弯曲弹性模量显著增强。关键词：复合纳米纤维；微观结构；弯曲弹性模量中图分类号：TQ342．9文献标识码：A文章编号：1000—7555(2013)06—0046．04近

3、几年来，聚合物纳米纤维由于具有直径小、比表1．2PVAc／TiO2复合纳米纤维的制备面积大、小孔径、高孔隙率等显著的特性而引起了多方在磁力搅拌作用下，将0．5mL乙二醇胺和的关注。由于具有这些特性，目前聚合物纳米纤维已0．03mol钛酸正丁酯分别加入，l4mL无水乙醇中，制成功应用于新型组织工程材料、过滤材料、防护材料和成溶液A，将1．0mL蒸馏水加入另外的14mI无水传感器材料的开发_1叫J。然而，由于自身强力不足等乙醇中制成溶液B，然后使用滴液漏斗将溶液B逐滴问题，限制了其使用范围。采用溶胶

4、凝胶法结合静电加入溶液A中于室温搅拌5h，制成TiO，溶胶液。将纺丝技术可以很方便地制备出聚合物／无机纳米纤维，PVAc颗粒溶解到丙酮溶剂中，然后将不同体积的无机纳米粒子的引人，使聚合物纳米纤维综合了无机Ti02溶胶液滴加到PVAc溶液中，在室温反应24h，分材料的特性，如高力学强度、高热稳定性和化学稳定性别制成TiO质量分数(下同)为0．5％和1．0％的等l_5J。为了深入探究无机填料对聚合物纳米纤维力PVAc／TiO2复合溶液作为纺丝液。在静电纺过程中，学性能的影响机理，研究者提出了许多针对

5、复合纳米喷丝头和收集装置中加20kV的电压，调节溶液挤出纤维集合体力学性能的表征和测试方法l6-8J，但对于速率为0．5mL／h，根据表征和测试的需要选择收集装单根复合纳米纤维力学性能的研究尚处于初步探索阶置。为便于文中使用，0．5％TiO2的PVAc／TiO2简写段。本文结合溶胶凝胶法和静电纺丝技术制备了为P／To5％，1．0％TiO2的PVAc／TiO2简写为P／『l0％PVAc／TiOz杂化复合纤维，重点讨论了TiO2的含量对1．3PVAc／Tio2复合纳米纤维的表征于单根PVAc／TiO

6、2纳米纤维弹性模量的影响机理。使用日本HitachiS一4800型SEM表征纳米纤维的表面结构并借助Photoshop软件测量纳米纤维的平1实验部分均直径。将纳米纤维直接收集到300mesh的铜网上1．1主要原料制成试样，使用荷兰FEI公司TecnaiG220型TEM表聚醋酸乙烯酯(PVAc)：分子量50000，国药集团征无机组分在纳米纤维中的分布状况。使用广州本原化学试剂有限公司；钛酸正丁酯(Ti(OCAH9)4)、乙二纳米仪器有限公司CSPM4000型SPM表征单根纳米醇胺：化学纯；乙醇、丙

7、酮：分析纯，国药集团化学试剂纤维的表面形貌并对单纤维进行三点弯曲测试。有限公司。1．4PVAc／Ti02复合纳米纤维的弯曲模量测试收稿Et期：2012．12．09基金项目：国家高技术研究发展计划(863计划)项目(2012AA03A201)；天津市高等学校科技发展基金计划项目(20110309)通讯联系人：吴宁，主要从事功能纳米结构材料、纺织复合材料方面的研究，E—mail：wuning@tjpu．edu．cn48高分子材料科学与工程生明显变形，使用这种方法可以测出反映纤维表面弹弹力；(f)曲线

8、A段表明针尖已经与样品分开，悬臂性模量的力一距离曲线。Fig．4(b)为典型的SPM力一距梁回复到了视始的无挠曲状态。下面的参数均为是扫离线示意图，在力距离曲线中可以获得充分的表面描器延伸过程中测定的，其中垂直位移为Z—z悬力学信息。曲线共由4步组成：(a)曲线中AB段为扫臂梁的挠曲程度为AZ，纤维的垂直方向变形量计描器开始延伸直到探针接触到纤维表面，此时探针与算公式9为：纤维之间没有明显的相互作用力，悬臂梁也没有挠曲=(Z—Z0)一△Z(1)变形；(b)曲线中B—C段的突然下坠反映出由于短距纳