熔体静电纺丝法制备高分子纤维材料的实验研究

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20世纪末以来,纳米技术的概念逐渐家喻户晓。目前,纳米材料已经越来越广泛地出现在人们实际工作和生活中,给人们的生活带来了日新月异的变化。在过去的十几年里,高压静电纺丝技术以其简单、通用、容易操作等优点已经成为制备纳米结构材料的代表性技术。如今,纳米结构材料的研究发展迅速,并且已经实现了在纳米电子器件、光学器件、传感器及生物医学等领域的应用。目前关于静电纺丝技术的研究,大部分集中在溶液的静电纺丝法方面,由于熔体的静电纺丝法比溶液的静电纺丝法应用的范围窄,而且对纺丝装置要求高,所制备的纤维也比较粗,所以溶液静电纺丝法得到了更多科学工作者的青睐。但是熔体静电纺丝也有其独特的优势:其一就是熔体静电纺丝不需要溶剂,避免了因使用溶剂带来的中毒危险以及对环境的破坏;其二熔体静电纺丝效率高,必将推进纳米纤维的工业化进程。本文在查阅了大量书籍文献的基础上,对多种高分子聚合物材料进行了熔体静电纺丝实验研究。本文的主要工作和成果如下:(1)通过查阅有关资料和文献,设计组装实验所用的熔体静电纺丝机,采用垂直式设计,主要包括高压电源、喷丝头、加热装置、接收装置等。高压电源提供的高压静电压为0-60Kv,可无极调节,加热装置采用三段加热式,温度调节范围0-400℃,接收装置采用普通的铝箔片。(2)对影响熔体静电纺丝的几个主要参数进行了实验分析并总结了一些规律,包括纺丝温度、纺丝电压、接收距离、喷丝头内径大小、熔体流速等参数,本实验中对PP聚合物的最佳的纺丝条件为:纺丝温度240℃,纺丝电压35Kv,接收距离7cm,喷丝口内径4mm。(3)研究了极性添加剂(硬脂酸和硬质酸钠)对PP聚合物熔体静电纺丝所制备纤维直径的影响,发现极性添加剂的加入,使得纺丝过程更顺畅,制备的纤维直径更小,但是会引起纤维的表面不光滑现象。为了使得制备纤维的直径更均匀,加入偶联剂硅69,结果发现偶联剂硅69的加入不仅能使得纤维直径更均匀,还对纤维直径的减小有一定的促进作用,最小的纤维直径能达到2.6μm左右。(4)最后对几种常见的聚合物材料(LDPE、PET、PA、PLA和PCL)进行了熔体静电纺丝实验,成功的制备了这几种聚合物的微纳米纤维。实验中发现,由于PCL的熔融粘度太大,分解温度以下纺丝困难,高于分解温度又对纤维产生了破坏,所以PCL这种高聚物不适合直接用熔体静电纺丝法来制备。
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