PVDF-SiO-,2-復(fù)合納米纖維膜結(jié)構(gòu)調(diào)控及其性能的研究.pdf

1、聚偏氟乙烯(PVDF)具有耐高溫、韌性好、良好的機(jī)械性能以及穩(wěn)定的化學(xué)性能等許多優(yōu)點，使得其在過濾、空氣凈化、電池隔膜等領(lǐng)域有廣闊的應(yīng)用前景，因而對PVDF微孔膜的深入研究是促進(jìn)其在上述領(lǐng)域應(yīng)用的基礎(chǔ)。
　　 論文通過溶膠-凝膠法，選用高沸點的乙二醇(EG)作為正硅酸四乙酯(TEOS)和水的共溶劑，在高溫下由TEOS快速溶膠-凝膠得到納米SiO2，并且用EG對SiO2表面的羥基(-OH)進(jìn)行接枝改性，以提高其在聚合物溶液中的分散

2、性。論文以機(jī)械攪拌與靜電排斥為主要分散手段，研究了納米SiO2在聚合物溶液及PVDF納米纖維中的分散機(jī)理，提出了靜電場下納米SiO2顆粒的取向排列規(guī)律。
　　 論文使用靜電紡絲技術(shù)制備了具有不同結(jié)構(gòu)的PVDF/SiO2復(fù)合納米纖維，研究了適合PVDF/SiO2納米纖維的臨界紡絲條件，并使用紡絲溶液纏結(jié)濃度理論對臨界紡絲濃度進(jìn)行了分析，實驗結(jié)果表明納米SiO2的含量能顯著影響臨界紡絲電壓，臨界收集距離隨著施加電壓的增加而增大；臨界

3、纏結(jié)濃度與最低成纖的濃度一致，而最高紡絲濃度則由半稀纏結(jié)區(qū)與濃溶液區(qū)的交點決定。
　　 課題以紡絲電壓、收集距離、紡絲溫度等為主要調(diào)節(jié)手段，研究了PVDF/SiO2納米纖維膜的直徑、表面形貌、比表面積和孔隙率等性質(zhì)的調(diào)控方法。結(jié)果表明：靜電電壓是控制納米纖維直徑的主要因素；纖維直徑隨著收集距離的增大先減小后增大；收集距離、溶液配比、紡絲溫度均能對納米纖維的微觀形貌產(chǎn)生影響，尤其是后兩種紡絲因素的變化會使復(fù)合納米纖維表面出現(xiàn)微孔。

4、論文發(fā)現(xiàn)納米纖維膜的比表面積和孔隙率可由靜電電壓和紡絲溫度等參數(shù)進(jìn)行調(diào)節(jié)。
　　 PVDF/SiO2復(fù)合納米纖維結(jié)晶行為是本論文研究的重點內(nèi)容之一。論文使用X射線衍射儀(XRD)、差熱分析儀(DSC)以及傅立葉紅外光譜(FTIR)等分析方法研究了PVDF/SiO2的晶型變化、結(jié)晶度的控制以及結(jié)晶動力學(xué)等內(nèi)容。實驗結(jié)果表明：納米SiO2的存在有助于PVDF晶區(qū)中β晶型的生成；靜電電壓是影響PVDF晶型變化的主要因素。強(qiáng)電場有助于β

5、晶型的生長，并且強(qiáng)電場引起的結(jié)晶誘導(dǎo)促進(jìn)了PVDF的結(jié)晶速率，提高了PVDF的結(jié)晶度；溫度對結(jié)晶速率的影響具有兩面性，實驗通過不同溫度下的結(jié)晶動力學(xué)的研究，得出了在35℃的紡絲溫度時結(jié)晶度最高。
　　 論文根據(jù)原子力顯微鏡中的纖維微細(xì)形變、探針的應(yīng)力-應(yīng)變等的變化，首次提出了使用力-距離曲線測試單根納米纖維楊氏模量的實驗方法。實驗測試發(fā)現(xiàn)，納米SiO2含量、紡絲電壓和溫度是影響PVDF/SiO2模量的主要因素。本文針對納米纖維膜

6、的結(jié)構(gòu)特點，創(chuàng)新性地提出了納米纖維膜內(nèi)部的三種結(jié)合模式：疊加模式、珠節(jié)模式以及熔接模式。同時把PVDF/SiO2的拉伸斷裂性能與單納米纖維的力學(xué)性能以及纖維的結(jié)合模式結(jié)合起來，提出了納米纖維的拉伸斷裂機(jī)理——滑移與斷裂模式。
　　 論文在研究復(fù)合納米纖維表面接觸角時首次提出了半浸潤模型，并對模型的適用范圍進(jìn)行了討論，把液體在納米纖維膜表面的潤濕行為按照接觸角的變化范圍劃分成三個不同的區(qū)域；對液體在納米纖維膜孔隙中的傳輸行為提出運(yùn)