靜電紡間位芳綸納米纖維的結構調控及其性能研究.pdf

1、間位芳綸（PMIA）的分子鏈主鏈由間位的苯環(huán)酰胺鍵組成，具有很強的氫鍵網(wǎng)絡結構，使其表現(xiàn)出突出的熱穩(wěn)定性、耐燃性、自熄性、電絕緣性、耐化學腐蝕性和機械性能。一維PMIA納米纖維以其特殊的分子結構、功能性以及在防護服、耐高溫過濾材料、電絕緣材料、超級電容器、分離器和結構材料等領域的潛在應用，而受到研究者的廣泛關注。近年來，靜電紡絲技術已被公認為是一種簡單有效制備纖維直徑在納米及亞微米尺度的功能化纖維膜的方法。目前，已有文獻報道采用靜電紡絲

2、技術制備PMIA納米纖維，但是那些纖維的直徑大多在150nm左右，且都是以無規(guī)取向排列的無紡布結構存在的，通常只有纖維直徑低于20nm時，材料才能具有顯著的納米效應。同時，由于纖維缺乏取向和拉伸，使得材料的機械性能普遍比較低（小于40MPa）。因此，極大的限制了PMIA納米纖維的實際應用性能。
　　 本課題首先介紹了PMIA和靜電紡絲技術，在現(xiàn)有的靜電紡PMIA纖維的基礎上，采用靜電噴網(wǎng)技術一步制備出了PMIA納米蛛網(wǎng)，其網(wǎng)中纖

3、維平均直徑在15nm左右。借助于FE-SEM為主要分析手段，分析了溶液濃度、MWCNTs添加量及靜電紡工藝參數(shù)（電壓、環(huán)境濕度、滾筒轉速）對PMIA納米蛛網(wǎng)的形成及結構形貌的影響，同時通過TEM分析證明了MWCNTs被很好的包覆在PMIA納米纖維中。實驗發(fā)現(xiàn)，提高溶液濃度和MWCNTs含量，均有利于PMIA納米蛛網(wǎng)的形成，且纖維直徑增大。此外，增加電壓，納米蛛網(wǎng)的網(wǎng)孔增大;提高環(huán)境濕度，納米蛛網(wǎng)消失，纖維間粘連嚴重;提高滾筒轉速，可使網(wǎng)

4、孔呈一定取向排列。本課題從靜電噴網(wǎng)制備PMIA納米蛛網(wǎng)受到啟發(fā)，通過調控環(huán)境濕度、LiCl含量和滾筒轉速，制得了具有較好取向性的PMIA納米纖維膜，利用FE-SEM和拉伸測試分析了以上三個因素對纖維膜取向性和力學性能的影響。實驗發(fā)現(xiàn)，增加環(huán)境濕度和滾筒轉速能有效改善纖維的取向性，從而達到提高纖維膜力學性能的目的;而增加LiCl含量雖然能提高纖維取向性，但由于LiCl在纖維中的大量析出導致纖維力學性能下降。本課題又在取向PMIA納米纖維的

5、研究基礎上，在14wt％的PMIA溶液中添加不同含量的MWCNTs，在可獲得最好纖維取向性的條件（環(huán)境濕度為55％，滾筒轉手200轉/分）下，制備PMIA/MWCNT復合納米纖維。利用FE-SEM、拉曼光譜（2D和3D的拉曼顯微照片）、X射線衍射光譜、TGA熱重分析和拉伸測試手段，分別分析MWCNTs對纖維形貌、纖維膜的分級取向結構、纖維結晶度、熱學性能和力學性能的影響。實驗結果表明，在MWCNTs含量低于2wt％，增加MWCNTs含量