靜電紡纖維膜的疏水性能和拉伸性能的研究.pdf

1、表面潤濕性是固體表面的重要特征之一，也是最為常見的一類界面現象。超疏水表面是指水與固體表面的接觸角大于150°的表面，超疏水材料在工農業(yè)生產和人們的日常生活中有著非常廣闊的應用前景，構建超疏水性界面材料在基礎科學和應用領域均具有極其重要的意義。一般制備超疏水表面的方法有兩種：一種是改變具有疏水性質的光滑表面的粗糙度，另一種是用低表面能的物質修飾粗糙的表面。近年來，關于超疏水的研究飛速發(fā)展，人們通過仿生（如仿荷葉、銀澤菊葉等）成功開發(fā)出多

2、種在材料表面構筑粗糙結構的方法以實現超疏水，但這些方法大多需要特殊的加工設備或復雜的工藝過程，且制備的超疏水表面拉伸性能極差，限制其應用范圍。因此，開發(fā)簡單方便、可用于大面積制作超疏水表面的技術，制備具有優(yōu)良拉伸性能的超疏水表面是一項具有挑戰(zhàn)性的研究課題。
　　 本文首先簡介了超疏水基本理論，在分析超疏水表面制備技術發(fā)展現狀的基礎上，針對目前超疏水表面制備連續(xù)性差、生產效率低、制備的產品拉伸性能差等因素導致無法大規(guī)模推廣應用的問

3、題，通過多噴頭注射泵、旋轉式滾筒收集器和橫向移動裝置改進傳統靜電紡絲機，探索了一種用于超疏水表面制備的改良型的靜電紡絲技術，從而實現大面積制備具有優(yōu)良拉伸性能的超疏水表面。
　　 本課題以聚苯乙烯(PS)為主要原料，分別以尼龍6(PA6)和聚丙烯腈(PAN)為增強體，采用改良型靜電紡絲機復合紡制了PS/PA6和PS/PAN兩個系列的纖維膜，并進行性能研究。實驗過程中首先進行了純紡PS、PA6、PAN工藝條件探索，找出各自純紡的工

4、藝參數范圍；為了順利地進行復合紡，將3種聚合物純紡工藝參數進行優(yōu)化組合，確定了復合紡工藝：PS、PA6和PAN紡絲溶液濃度分別為30％、20％和12％。電壓為20kV，接收距離為15cm，注射泵推進速度為2mL/h，滾筒運轉速度為100m/min，橫向移動速度為7m/min，復合紡PS/PA6和PS/PAN的注射泵噴頭比例為4/0、3/1、2/2、1/3和0/4。實驗溫度為25℃，相對濕度為25％。對所制備的纖維膜進行潤濕性能和拉伸性能

5、的測試，測試結果表明：純紡PS纖維膜表面具有超疏水性(WCA=154°)，并且水滴在此表面很容易滾動，但拉伸性能很差，強度低。由于PA6和PAN均屬于親水材料，為了保證復合紡制纖維膜的超疏水性能和較好的拉伸性能，通過不同聚合物溶液噴頭比例的組合，找出最佳復合紡噴頭比例，實驗結果表明，復合紡PS/PA6和PS/PAN的最佳噴頭比例分別為2/2和3/1。
　　 為了研究靜電紡纖維膜超疏水性能形成機理和拉伸增強機制，本文通過對靜電紡纖

6、維膜表面進行掃描電鏡、紅外分析和X射線衍射測試，實驗結果表明微米級靜電紡PS纖維表面有大量納米級的凸起和溝槽，PS纖維所具有的這種獨特的“類銀澤菊葉”微納米階層結構與PS本身的較低表面能的共同作用使得PS纖維膜表面具有了超疏水性。本文中的靜電紡纖維膜具有類非織造布的纖維網結構，纖維膜中纖維呈隨機分布且分散均勻，復合紡時增強型聚合物由于溶劑來不及揮發(fā)形成的纖維固結點以及多噴頭靜電紡過程中較細的PA6或PAN纖維與較粗的PS纖維形成的纏結、