氣泡靜電紡工藝及機(jī)理研究.pdf

1、隨著納米科技的興起，人們給予能制備連續(xù)納米纖維的靜電紡絲法以極大的關(guān)注，并做了較系統(tǒng)的理論研究，靜電紡絲法是通過高壓靜電產(chǎn)生的電場(chǎng)力拉伸聚合物溶液或熔體來制備納米纖維的重要方法，也是制備納米纖維最直接最簡(jiǎn)單的方法，納米纖維的特殊性質(zhì)如大的比表面積，優(yōu)越的機(jī)械性能等，使得靜電紡納米纖維具廣泛用途，但傳統(tǒng)靜電紡產(chǎn)量低，限制了其工業(yè)應(yīng)用，氣泡靜電紡絲法是一種新型靜電紡絲方法，能實(shí)現(xiàn)靜電紡纖維一定程度的批量生產(chǎn)。
　　 聚丙烯腈纖維是制

2、備碳纖維的主要原料，將納米級(jí)聚丙烯腈纖維氈經(jīng)過預(yù)氧化及氧化加工后可制成納米級(jí)碳纖維氈，可制得的碳纖維應(yīng)用廣泛，本文利用氣泡靜電紡絲技術(shù)制備聚丙烯腈納米纖維，實(shí)驗(yàn)部分氣泡靜電紡絲采用聚丙烯腈(PAN)/N-N二甲基甲酰胺(DMF)體系進(jìn)行，調(diào)節(jié)工藝參數(shù)，包括接收距離、聚合物溶液質(zhì)量分?jǐn)?shù)、應(yīng)用電壓、環(huán)境溫濕度等，逐一進(jìn)行靜電紡絲實(shí)驗(yàn)，并分析了各個(gè)參數(shù)對(duì)纖維細(xì)度和形態(tài)等方面的影響，實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)：隨著聚合物溶液質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增加，纖維的直徑增大；纖維的

3、直徑隨著紡絲電壓的增大而增大，在纖維形態(tài)結(jié)構(gòu)方面，氣泡靜電紡所得纖維表面具有'凹坑’，且其數(shù)量隨著電壓增大而減少；收集距離的增大使得纖維的直徑大大減小，獲得直徑僅38nm纖維，收集纖維氈平均直徑最小可達(dá)110nm，但當(dāng)接收距離≥12cm時(shí)纖維直徑分布經(jīng)過柯爾莫哥洛夫-斯米諾夫檢驗(yàn)不再符合正態(tài)分布；升高環(huán)境溫度可以使纖維直徑分布的離散性增大；環(huán)境濕度對(duì)PAN纖維直徑影響較??；作了氣泡靜電紡與傳統(tǒng)靜電紡在纖維直徑與纖維形態(tài)結(jié)構(gòu)方面的粗略比較

4、，結(jié)果顯示相同質(zhì)量分?jǐn)?shù)PAN溶液進(jìn)行紡絲時(shí)，氣泡靜電紡所得纖維的直徑大大減小：兩者所得纖維氈還具有外觀上的不同，場(chǎng)發(fā)射掃描電鏡照片給出了不同紡絲工藝參數(shù)及紡絲方法下所得的納米纖維形態(tài)結(jié)構(gòu)變化。
　　 本論文還對(duì)氣泡靜電紡絲的紡絲機(jī)理進(jìn)行了初步的研究，對(duì)單氣泡膜的特性以及多氣泡交互特性作了一定闡述，氣泡的表面張力只與其半徑有關(guān)，通過實(shí)驗(yàn)觀察及理論分析還分別研究了氣泡在靜電紡絲過程中的受力及運(yùn)動(dòng)，氣泡破裂過程及氣泡產(chǎn)生的射流形狀等，