基于碳納米管和聚已內(nèi)酯微球的PVA靜電紡納米纖維射流的拉伸研究.pdf

1、靜電紡絲是當(dāng)前一種最簡(jiǎn)單易行的制備納米纖維的方法。靜電紡納米纖維極大的比表面積，靈活地表面功能化整理以及優(yōu)異的力學(xué)行為等被廣泛地應(yīng)用到復(fù)合材料、過(guò)濾材料、藥物載體和組織工程等領(lǐng)域。射流是形成納米纖維的基礎(chǔ)，射流在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中拉伸細(xì)化的程度決定了所得納米纖維直徑的大小和均勻程度。因此，研究射流的拉伸機(jī)理對(duì)有效控制納米纖維的直徑具有十分重要的意義。本文在前期研究的基礎(chǔ)上，對(duì)射流的拉伸受力模型進(jìn)行改進(jìn)，在原有模型上增加了液體內(nèi)部壓力和表面張力等

2、對(duì)射流的影響，利用質(zhì)量守恒定律、電荷守恒定律和動(dòng)量守恒定律研究靜電紡穩(wěn)定段射流的拉伸，建立了射流的半徑r與射流距離泰勒錐頂點(diǎn)軸向距離z之間的模型，滿足:r～Cz-1/2+C1，其中C和C1均是常數(shù)。
　　強(qiáng)度低的缺點(diǎn)極大地限制了靜電紡納米纖維氈的應(yīng)用。為了改善納米纖維的性能，本文從復(fù)合納米纖維的角度出發(fā)，在PVA紡絲液中添加力學(xué)、電學(xué)以及熱學(xué)等性能優(yōu)異的單壁碳納米管來(lái)研究復(fù)合納米纖維的成絲機(jī)理。預(yù)測(cè)分析單壁碳納米管對(duì)穩(wěn)定段射流的拉

3、伸性能影響，建立相應(yīng)的射流拉伸模型:r～z-1/2。測(cè)試分析加入單壁碳納米管之后PVA溶液的性質(zhì)（粘度、電導(dǎo)率和表面張力）變化，掌握其變化基本規(guī)律。測(cè)試結(jié)果顯示，隨著單壁碳納米管質(zhì)量分?jǐn)?shù)的不斷增大，溶液的粘度呈指數(shù)增加的趨勢(shì);溶液的電導(dǎo)率與單壁碳納米管的質(zhì)量分?jǐn)?shù)基本呈正相關(guān)關(guān)系;溶液的表面張力在本次實(shí)驗(yàn)測(cè)量中變化不顯著。利用載玻片截取動(dòng)態(tài)的靜電紡穩(wěn)定段射流，在光學(xué)顯微鏡下測(cè)量射流的半徑與其對(duì)應(yīng)的軸向距離，將實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)無(wú)量綱化，并對(duì)拉伸圖形

4、作線性擬合。與純PVA溶液靜電紡穩(wěn)定段射流的拉伸相比，單壁碳納米管的加入對(duì)穩(wěn)定段射流的拉伸率沒(méi)有太大的影響，兩者均滿足r～z-1/2的關(guān)系，實(shí)驗(yàn)結(jié)果與理論推導(dǎo)相一致，即驗(yàn)證了預(yù)測(cè)分析的合理性和拉伸模型的可行性。單壁碳納米管的質(zhì)量分?jǐn)?shù)對(duì)穩(wěn)定段射流的直徑有一定的影響，隨著單壁碳納米管質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增加，同一軸向距離處射流的直徑逐漸增大。以上結(jié)論對(duì)復(fù)合增強(qiáng)納米纖維的制備與研究提供了有效地理論支持。
　　本文采用乳化溶劑揮發(fā)法加工微球，分別選

5、取聚己內(nèi)酯(PCL)作為制備微球的材料，低粘度PVA作為乳化劑，對(duì)影響微球粒徑分布的主要參數(shù)（PCL的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，乳化劑PVA的質(zhì)量分?jǐn)?shù)和勻質(zhì)器的轉(zhuǎn)速）進(jìn)行正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)，通過(guò)掃描電鏡(SEM)下微球的形態(tài)觀察，以及微球粒徑分析軟件所得到的微球粒徑分布直方圖，并結(jié)合正交試驗(yàn)的直觀分析和方差分析，確定乳化劑PVA的質(zhì)量分?jǐn)?shù)是影響微球粒徑離散系數(shù)的最重要參數(shù)，并利用優(yōu)化之后的參數(shù)重新制備微球，得到了適用于靜電紡絲射流拉伸測(cè)試的均勻PCL微球。<

6、br>　　將PCL微球添加到高粘度PVA溶液中靜電紡絲制備復(fù)合微球納米纖維。預(yù)測(cè)分析PCL微球?qū)o電紡絲穩(wěn)定段射流的拉伸性能影響，建立相應(yīng)的射流拉伸模型:r～z-1。測(cè)試分析加入PCL微球之后PVA溶液的性質(zhì)（粘度和電導(dǎo)率）變化，掌握其變化基本規(guī)律。測(cè)試結(jié)果顯示，隨著PCL微球質(zhì)量分?jǐn)?shù)的不斷增大，溶液的粘度呈指數(shù)增加的趨勢(shì);添加PCL微球之后溶液的電導(dǎo)率有一定程度的下降，隨著PCL微球質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增加，下降幅度逐漸較小，趨于穩(wěn)態(tài)。用載玻片