静电纺纳米纤维的性能及应用

随着科学技术的不断发展,纳米技术在纤维制造领域得到了广泛的应用,兼具不同功能性的纳米纤维应运而生,并因其诸多的优越性能在很多研究领域得到推广。本文通过研究静电纺纳米纤维的制备方法及性能分析,为进一步促进复合纳米材料的发展,并为其应用提供一定的理论依据。     

静电纺聚丙烯腈纳米纤维复合滤材的制备及其气液过滤性能

为探究纳米纤维物性参数对复合滤材气液过滤性能的影响,利用静电纺丝方法在普通玻璃纤维滤材上制备了聚丙烯腈(PAN)纳米纤维层,以3层堆叠方式得到不同纳米纤维层面密度和纤维直径的复合滤材。在相同实验操作条件下,以癸二酸二辛酯(DEHS)为实验介质,通过滤材气液过滤性能实验装置分析了不同复合滤材的过滤效率、压降和品质因子。结果表明：复合滤材的稳态过滤效率和压降均随着纳米纤维层面密度的增大而增加,但稳态品质因子呈现先增加后降低的趋势,且在面密度为0.4 g/m2时达到最大值;在面密度相等的条件下,纳米纤维直径由706.5 nm降低到520.1 nm,滤材的稳态过滤效率和品质因子均随着纳米纤维直径降低而逐渐增加,表明在复合滤材中宜选用纤维直径较小的纳米纤维层。     

静电纺聚丙烯腈多层纳米纤维膜的制备、结构与性能

将不同浓度的聚丙烯腈纺丝液依次进行静电纺丝,制备多层纳米纤维膜,并对其孔隙率、比表面积、力学性能和过滤性能进行测试分析。结果显示:多层纳米纤维膜的孔隙率和比表面积均较高,由4种质量分数为14%、12%、10%和8%的聚丙烯腈纺丝液依次纺丝制备的四层纳米纤维膜的孔隙率和比表面积最高,分别为54.7%和11.0m2/g,且此纳米纤维膜的力学性能优异。静电纺PAN多层纳米纤维膜的过滤效率值也较高,由质量分数分别为14%和8%两种纺丝液循环1次纺丝制备二层的纳米纤维膜过滤效率最高,对所有测试粒径的粒子的过滤效率都高于99.99994%,过滤阻力为863Pa,随循环次数增加,纳米纤维膜的过滤效率有所降低,过滤阻力则明显降低,这与多层纳米纤维膜的孔隙率和比表面积的变化趋势相反。     

静电纺聚丙烯腈/硫酸铜纳米纤维膜的制备及其性能

为开发可应用于医疗敷料的铜离子纳米纤维膜,采用静电纺丝技术制备了聚丙烯腈/ 无水硫酸铜复合纳米纤维膜,探讨了纺丝液质量分数及黏度、导电率对纺丝过程和纤维外观形貌的影响,并对其所含元素及纤维粒径分布进行测试表征。结果表明：铜离子存在于纳米纤维膜中;在设定的纺丝工艺参数下,当纺丝液中聚丙烯腈的质量分数增加时,溶液黏度随之增加,纤维直径逐渐变大;当纺丝液中无水硫酸铜的质量分数增加时,溶液导电率随之增加,纤维直径先变小后变大,且易出现纤维粗细不匀及串珠现象;当纺丝液中聚丙烯腈与无水硫酸铜质量比为8：3时,纤维的外观形貌最好,且直径在300 nm左右。     

静电纺聚砜酰胺纳米纤维的制备与性能表征*

利用自制的静电纺丝装置制备了一系列聚砜酰胺（ PSA）纳米纤维,并探讨了PSA纺丝液固含量、纺丝电压及纺丝距离对PSA纤维形态结构、结晶性能和热性能的影响。试验结果表明：当纺丝液固含量为12％（质量分数）、纺丝电压为28 kV和纺丝距离为15 cm时,可制得直径小于100 nm的PSA纳米纤维;纺丝液固含量、纺丝电压及纺丝距离对纤维结晶性能及热性能均有一定的影响,其中纺丝距离对两种性能的影响较为复杂。     

静电纺抗菌聚丙烯腈纳米纤维膜制备及其性能

为制备不易分解的抗菌卤胺高分子并将其应用于抗菌聚丙烯腈纳米纤维膜的制备,将海因(DMH)合成一种含有双键的海因单体3-(4'-乙烯苄基)-5,5-二甲基海因 (VBDMH),然后将VBDMH与甲基丙烯酸甲酯(MMA)通过聚合反应合成一种抗菌型卤胺高分子前驱体,并将其与聚丙烯腈进行共混,通过静电纺丝技术制备抗菌聚丙烯腈纳米纤维膜。借助扫描电子显微镜、傅里叶变换红外光谱仪、核磁共振仪以及元素分析仪等对卤胺高分子前驱体以及抗菌聚丙烯腈纳米纤维膜进行表征与分析。结果表明:通过乳液聚合获得的卤胺高分子前驱体直径分布均匀,离散度低;抗菌聚丙烯腈纳米纤维膜可在30 min内使大肠杆菌和金黄色葡萄球菌失活,相对于原膜抗菌性提高20%~50%。     

空气过滤用聚丙烯腈静电纺纤维膜的制备及其性能

为开发用于空气过滤的纳米纤维,采用静电纺丝技术制备了聚丙烯腈(PAN)纳米纤维膜,探讨了其纺丝液质量分数及纺丝电压对所纺纤维微观形貌的影响,同时研究了纤维膜厚度对过滤效率和压降的影响。实验结果表明:PAN纺丝液质量分数为12%,纺丝电压为20 k V时,所得纤维粗细均匀,平均直径为230 nm;当纤维膜厚度由18μm增至35μm时,过滤压降则由121.93 Pa升至591.75 Pa,而过滤效率由81.78%升至99.24%。对过滤性能较好的纤维膜分别进行力学性能和泡压法滤膜孔径测试,测得此纤维膜的弹性模量为223.67 MPa,断裂伸长率为51.96%,拉伸断裂应力为5.93 MPa,拉伸强度为7.77 MPa,拉伸屈服应力为2.79 MPa,平均孔径为2.064 3μm。     

静电纺PA6纳米纤维膜的过滤性能

用98%甲酸溶解聚酰胺6(PA 6)制备质量浓度为13%纺丝液,经静电纺丝获得厚度31～60μm、纤维平均直径217 nm、表面平均孔径为234 nm的纳米纤维非织造膜.由于该纤维膜的断裂强度仅为8.06 MPa,实验以普通聚酯纤维织物为支撑基布,测试了不同样品的过滤性能.结果发现:在气流速度为2.83 L/min时,...     

静电纺丝法制备超吸水纤维的研究

介绍了静电纺丝的装置及原理 ,对影响静电纺丝工艺的参数 (如溶液浓度、纺丝电压、固化距离、喷头孔径等 )进行了研究 ;通过光学显微镜和扫描电子显微镜观察了所制得超吸水纤维的形态结构 ,对纤维的吸水性能进行了测试     

沉积静电纺聚丙烯腈纳米纤维膜窗纱的制备及其性能

为提升室内空气质量,采用纳米静电纺丝技术,在传统的玻璃纤维窗纱上沉积聚丙烯腈（PAN）纳米纤维膜,制备具有防PM2.5 作用的窗纱。探讨了PAN纺丝液质量分数、窗纱基材对纤维微观形貌的影响,考察了窗纱的透光性、透气性和防PM2.5效果。结果表明：PAN纺丝液质量分数为10%,电压为20 kV,时间为0.5 h条件下,制备的纤维直径分布均匀,平均直径约为225 nm;PAN 纳米纤维膜在窗纱纱棱处沉积较厚,而在窗纱空隙处沉积较薄,这种结构增加了纳米纤维膜与窗纱的连接力;PAN纳米纤维膜使窗纱透光率下降12%,透气率下降35%;随着过滤测试时间的增加,PM 2.5吸附效果显著,窗纱表面吸附物中含有机官能团,室内空气质量变好;测试2 h后,对PM 2.5的截留率达到63%,窗纱的透光性、透气性随PM2.5吸附程度的增加而下降。     

织物结构改变对吸湿排汗性能的影响

从纤维类别、织物紧密度、织物组织等因素的改变来改善织物的吸湿透汽性。主要选用天然纤维中的棉和化纤中的二维中空涤纶、普通圆截面涤纶、纳米竹碳涤纶,采用纯纺或混纺方式,以不同紧度和平纹、2/2斜纹、透孔、六枚变则缎纹4种组织织成织物。采用正交试验和极差分析方法,对16种不同织物的吸水高度和透湿量进行检测,找出最主要影响因素。结果表明,织物的原料成分是影响吸湿排汗性的最主要因素,中空涤纶与棉混纺织物比普通涤棉混纺织物的吸水度高276.5%,透湿量高75%。     

静电纺PA6/CS复合纤维膜的过滤性能研究

采用自制单喷头静电纺丝设备,以聚丙烯熔喷非织造布为基布,制备静电纺聚酰胺6/壳聚糖(PA 6/CS)复合纤维膜,研究了静电纺丝时间对复合膜表面形貌、孔径和过滤性能的影响。结果表明:随着静电纺丝时间增加,复合纤维膜对Na Cl气溶胶的过滤效率显著增加,过滤阻力明显增加,品质因子先增加后减小;连续纺丝90 min后,复合纤维膜的过滤效率达到99%以上。     

静电纺聚酰胺6纳米纤维膜的制备及其性能

为制备功能性的聚酰胺6(PA6)纳米纤维膜,采用静电纺丝技术制备PA6/聚乙烯吡咯烷酮(PVP)共混纳米纤维膜,并对纤维膜的表面形貌、力学性能和亲水性能进行表征。结果表明,当PA6纺丝液质量分数为28%,PVP的加入量为0.5 g时,纤维膜的微观形貌较好,制备出的纤维直径为132 nm,断裂强度为9.68 MPa,断裂伸长率为31.89%,亲水角为(32.4±1.2)°。研究了不同纺丝时间对纤维膜空气过滤性能的影响,当纺丝时间为0.5 h时,纤维膜具有较好的过滤性能,过滤效率为99.5%,过滤压降为476 Pa。红外分析结果表明,在PA6中加入PVP,在搅拌的过程中二者均匀融合,PVP小分子填充在PA6大分子中,可使纤维膜的亲水性提高。制得的PA6纳米纤维膜可作为加湿器中的湿膜材料得到应用。     

织物孔径特性与织物结构及芯吸性能的关系

为了定量测定和描述水分传输的机制,利用精密电子天平组装的等液位分段快速响应毛细液体测试装置对垂直于机织物平面方向的毛细孔分布及芯吸速率进行测试,分析了毛细孔分布与织物芯吸性能的关系及织物结构对毛细孔分布的影响,探讨了机织物优化设计原则。结果表明:决定织物中液体输运速度的不仅是平均孔径、最大及最小孔径,孔径的分布也起到重要作用。织物纱线的线密度越大,织物的经纬密越小,织物就越疏松,则形成的毛细管中粗毛细管多,芯吸速率越快。对于快速芯吸过程,粗毛细管的作用是决定性的。     

静电纺双疏型聚丙烯腈基纳米纤维膜制备及其性能

为制备耐磨性能良好的双疏型纤维膜并将其应用于油/水、油/油分离领域,以静电纺丝方法制备的聚丙烯腈(PAN)纳米纤维为基材,采用多巴胺(DA)与十三氟辛基三乙氧基硅烷(G617)对纤维膜进行改性制得双疏型PAN纤维膜。借助扫描电子显微镜、接触角测量仪、X 射线光电子能谱仪等手段探讨纺丝条件、DA与G617用量等对改性前后PAN纤维膜表面形貌以及疏水疏油性能的影响。结果表明:纺丝液中PAN质量分数为13.8%、纺丝电压为18 kV时,纤维形貌最佳;改性后PAN纤维膜的乙二醇接触角可达135.1°,甲苯接触角为0°,水接触角可达141.9°,色拉油接触角可达131.2°;摩擦20次后PAN纤维膜的水、色拉油接触角均大于125°,可顺利实现水/甲苯、甲苯/乙二醇以及甲苯/水乳液的分离。     

静电纺聚丙烯腈/石墨烯碳纳米纤维的结构与性能

为研究石墨烯和不同预氧化条件对碳纳米纤维结构的影响,采用静电纺丝法制备了聚丙烯腈（PNA）/ 石墨烯纳米纤维,然后通过预氧化和炭化处理获得碳纳米纤维。借助傅里叶红外变换光谱仪、X 射线衍射仪、差示扫描量热仪、激光显微拉曼光谱仪和扫描电子显微镜研究预氧化丝和碳纳米纤维的结构变化。结果表明：预氧化处理过程中,PNA分子发生脱氢、环化和氧化反应,最终形成稳定的梯形结构;随着预氧化温度的升高,PNA 纤维的相对环化率、芳构化指数和环化度逐渐提高;石墨烯的加入提高了碳纳米纤维的石墨化程度,对脱氢、环化反应有一定的抑制作用,从而降低碳纳米纤维的断裂程度;当预氧化温度为260 ℃时,新的纤维结构已基本形成。     

聚丙烯腈纳米纤维长丝的制备及热处理对其性能的影响

通过设计并自组装的动态水浴静电纺丝装置,成功收集到连续的聚丙烯腈（PAN）纳米纤维长丝,并对其进行干热处理和湿热拉伸处理。采用环境扫描电子显微镜（SEM）、X 射线衍射（XRD）等手段对不同工艺条件下制备的PAN纳米纤维长丝特性进行表征分析,得到最佳工艺条件及热处理对PAN纤维特征及其结晶度的影响规律。结果表明：纤维平均直径随着PAN质量百分数的增加而增大,随着纺丝电压升高而减小;热处理可以使纤维致密化,其强度也得到提高。     

聚丙烯腈/羧基丁苯乳胶复合纳米纤维膜的制备及其性能

为提高静电纺聚丙烯腈(PAN)纳米纤维膜的力学性能,将羧基丁苯乳胶(SBR)与PAN纳米纤维膜通过溶液浸泡进行复合,制备了一系列PAN/SBR复合纳米纤维膜,研究了SBR质量分数对PAN纳米纤维膜表面形貌、化学结构、润湿性能、热性能和力学性能的影响.结果表明:SBR以物理粘结的形式与PAN纳米纤维膜复合在一起,随着SB...     

聚酯/棕榈基多孔碳纤维杂化膜的结晶和力学性能

为提高静电纺丝聚酯纤维膜的力学性能,根据多孔碳纤维的高强度和高模量特性,在聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)溶液中添加自制棕榈基多孔碳纤维(PACF),制得PET/PACF杂化纤维膜,并研究了PACF含量对杂化纤维膜形貌、结晶行为和力学性能的影响。结果表明:添加PACF后,纤维牵伸效果明显改善,类竹节状纤维消失,纤维间黏连减少,直径更均匀;随PACF含量的增加,杂化纤维膜的玻璃化温度较纯PET提高约10℃,结晶度约提高6.7%,证明PACF的加入改善了电场对射流的牵伸效果,使得取向度提高;结晶温度提高约13.7℃,说明PACF异相成核作用促进了纤维膜的结晶。随取向度的提高,当PACF含量为2.5%时,纤维膜断裂强度达4.22 MPa,较纯PET静电纺膜提高了366.3%。     

聚氨酯/二氧化硅复合超细纤维膜的制备及其防水透湿性能

为制备具有防水透湿性能的超细纤维膜,在聚氨酯(PU)纺丝液中添加疏水二氧化硅(SiO₂)颗粒,制备PU/SiO₂复合超细纤维膜。通过软件模拟分析了纺丝液浓度和纤维膜厚度对纤维膜孔径的影响,根据静态水接触角、静水压、透气率和透湿率分析了复合超细纤维膜的防水透湿性能,并讨论了不同质量分数SiO₂对PU/SiO₂复合超细纤维膜防水透湿性能的影响。结果表明:复合纤维膜的孔径随着纺丝液浓度的增加而增加,随着纤维膜厚度的增加而减少;当SiO₂质量分数为9%、PU质量分数为18%时,PU/SiO₂复合纤维膜的静态水接触角达到131°,静水压为6.4 kPa,透气率为33.4 mm/s,透湿率为8.065 kg/(m²·d);该条件下复合纤维膜断裂应力为4.16 MPa,断裂伸长率为184%,与纯PU膜相比具有较好的尺寸稳定性。