含银PA6纳米纤维的制备及性能研究

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本课题利用自制静电纺丝装置制备PA6/Ag复合纳米纤维,并使用现代分析仪器,研究了复合纳米纤维的结构及性能。本课题的研究内容将进一步促进复合纳米材料的发展,并为复合纳米纤维材料的应用提供一定的理论依据。在本论文的研究中,分别采用自制银溶胶和纳米银粉作为含银载体,根据纳米粒径分析仪对两种含银载体的粒径进行检测,最总终确定在PA6纺丝液中加入银溶胶作为实现含银纳米纤维功能性的方式。根据试验设计的需要,将制得的溶胶稀释至不同浓度,然后与PA6/甲酸溶液进行混合,再经过高压静电纺丝制备出复合纳米纤维。采用振荡烧瓶法对不同工艺条件下制备的PA6/Ag复合纳米纤维毡进行了抗菌性能测试,探讨了纺丝液参量和纺丝工艺参数(银含量、纺丝液浓度、电压、接收距离及喷嘴直径等)对抗菌性能的影响。结果表明:随着银含量的提高,抗菌性能随之明显改善,在较低的银含量下(0.1wt.%)样品已经具有很高的抑菌效果。当银含量达到0.2wt.%时,对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌的抑菌率抑菌达到90%以上。纺丝液浓度对抗菌效果也有一定影响,主要是因为溶液浓度增加纤维平均直径显著增大,而使纤维比表面积减小,银粒子溶出总量减少。其它工艺参数,如纺丝电压,接收距离,喷嘴直径等对抗菌效果影响较小。应用扫描电子显微镜(SEM)表征和分析了纳米纤维膜的形态结构及其直径分布。研究发现,纺丝液中银含量,纺丝液浓度,电压,接收距离等参数对纳米纤维的形态和直径分布有重要影响。纤维平均直径随银含量的增加而减小,直径分布更集中;随纺丝液浓度增大而增大;随电压的升高先增大后减小;随接收距离(C-SD)的增大,纤维直径的变化不大,但直径分布越来越集中;纤维直径随喷嘴直径的增大而增大,离散程度稍有升高。通过原子力显微镜(AFM)对纳米纤维的表面微观结构的表征发现,纳米纤维表面的纹路和沟壑结构会随着银含量的增加而增加,并且沟壑会变得越来越明显。另外,利用AFM系统及其后处理软件,从纤维的横向和纵向分别分析了纤维表面的粗糙度的变化,结果表明:银含量的提高,使纳米纤维的表面粗糙度增加。利用透射电子显微镜(TEM)对纳米纤维中银粒子的分布进行观察,银粒子在纤维中分布均匀,呈圆形或椭圆形态。利用X射线衍射仪(XRD)表征了纤维结晶结构,结果显示纳米纤维的结晶度很低,银粒子形成了一定的结晶结构。论文最后对PA6/Ag复合纳米纤维毡进行了其它性能测试。随银含量的增大,纳米纤维的抗静电性能有所增强;添加银粒子对复合纳米纤维的力学性能有一定影响。
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