靜電紡間位芳綸納米纖維的可控制備及其應(yīng)用研究.pdf

1、間位芳綸（PMIA）是一種十分重要的芳香族聚酰胺，具有突出的熱穩(wěn)定性、阻燃性、電絕緣性、耐化學(xué)腐蝕性和機(jī)械性能，在結(jié)構(gòu)材料、耐高溫過濾材料、電絕緣材料和功能性防護(hù)服等領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。當(dāng)前，PMIA纖維直徑一般為微米級別，通常作為結(jié)構(gòu)材料。研究表明，PMIA纖維納米化后，其將具有更為優(yōu)異的性能（如直徑小、孔徑小、比表面積大、孔隙率高等），從而可極大的拓展芳綸纖維的應(yīng)用領(lǐng)域。然而，PMIA纖維納米化加工困難，嚴(yán)重阻礙了PMIA纖維的

2、發(fā)展。靜電紡絲法在制備納米纖維時的一次成型性和低耗性，近年來受到大量關(guān)注，特別是其應(yīng)用領(lǐng)域的廣泛性更加激發(fā)了人們對其研究的熱情。目前，關(guān)于靜電紡絲技術(shù)制備PMIA納米纖維的文獻(xiàn)已有發(fā)表，但是這些研究大都停留在纖維結(jié)構(gòu)形貌方面，沒有深入研究PMIA納米纖維的實(shí)際應(yīng)用性能。同時，部分關(guān)于PMIA納米纖維力學(xué)性能研究存在制備要求高、制備規(guī)模小、機(jī)械性能普遍偏低等缺點(diǎn)。因此進(jìn)一步研究PMIA納米纖維的實(shí)際應(yīng)用性能具有十分重要的意義。
　　

3、本課題首先介紹了PMIA和靜電紡絲技術(shù)，通過對PMIA纖維的結(jié)構(gòu)調(diào)控分別研究了 PMIA大規(guī)模取向結(jié)構(gòu)高強(qiáng)纖維和納米蛛網(wǎng)復(fù)合結(jié)構(gòu)空氣過濾纖維膜。
　　大規(guī)模取向結(jié)構(gòu)高強(qiáng)納米纖維的制備十分困難，本課題通過將基于濕度調(diào)控取向的靜電紡絲技術(shù)與多級纖維聚集體重構(gòu)技術(shù)進(jìn)行有效結(jié)合，設(shè)計開發(fā)了高度取向且機(jī)械強(qiáng)度優(yōu)異的 PMIA納米纖維材料。通過對紡絲溶液濃度以及紡絲環(huán)境濕度進(jìn)行優(yōu)化，實(shí)現(xiàn)了PMIA納米纖維膜形貌結(jié)構(gòu)的有效調(diào)控，并極大提高了膜中

4、纖維的取向程度。同時，提出了基于電荷耗散與相分離的新型濕度誘導(dǎo)纖維取向機(jī)制。此外，借助加捻與編織兩步工藝的有機(jī)結(jié)合，本文實(shí)現(xiàn)了PMIA納米纖維聚集體的多級重構(gòu)。首先，通過調(diào)控加捻過程中的捻度參數(shù)，對所制備纖維紗線的結(jié)構(gòu)與機(jī)械強(qiáng)度進(jìn)行有效優(yōu)化，研究發(fā)現(xiàn)當(dāng)紗線捻度為3000捻/米時其強(qiáng)度可達(dá)262MPa。在此基礎(chǔ)上，利用進(jìn)一步的編織工藝獲得了新型納米纖維辮，其拉伸強(qiáng)度可達(dá)330MPa。
　　此外，本課題通過調(diào)控溶液濃度、環(huán)境濕度和表面

5、活性劑的含量，制備出具有超細(xì)納米蛛網(wǎng)復(fù)合結(jié)構(gòu)的空氣過濾纖維膜。采用FE-SEM和 LZC-H綜合過濾器等分析了以上三種因素對纖維膜過濾性能的影響。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，溶液濃度在12wt％時制備的纖維膜過濾性能最好；當(dāng)環(huán)境濕度減小到25%時PMIA纖維膜中出現(xiàn)納米蛛網(wǎng)結(jié)構(gòu)，這對于過濾性能的提升有重要的作用；最后調(diào)節(jié)表面活性劑含量，隨著表面活性劑含量的增加纖維膜中納米蛛網(wǎng)覆蓋率提高，當(dāng)添加量為0.15wt%時纖維膜的比表面積提高達(dá)到26.9m2/g，