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静电纺取向纳米纤维及其纤维束制备的研究
作 者: 薛花
导 师: 刘冠峰;熊杰
学 校: 浙江理工大学
专 业: 纺织材料与纺织品设计
关键词: 静电纺丝 取向纳米纤维 纳米纤维束 新型装置
分类号: TQ340.6
类 型: 硕士论文
年 份: 2011年
下 载: 141次
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内容摘要
本文主要对旋转滚筒接收制备静电纺纳米纤维进行了研究。通过将静电纺丝与传统纺纱中的涡流纺纱相结合,自主研发了一种获取静电纺纳米纤维束的新型的接收装置,并对该接收装置的纺丝原理、纺丝工艺参数等进行了初步的探讨。首先研究了滚筒法制备静电纺取向纳米纤维的纺丝工艺。选用质量分数为12%的聚丙烯腈(PAN)溶液作为纺丝液,当纺丝电压为12kV,纺丝距离为12cm和纺丝流率为0.01ml/min时,考虑到射流的稳定和节约能源,选取获取具有一定取向排列的静电纺纳米纤维的滚筒最佳转速为150rpm。然后通过在纺丝液中分别添加活性碳、氯化锂来制备静电纺取向纳米纤维膜,研究了添加剂的加入对纤维形貌、结构和力学性能的影响。研究发现,添加剂加入后都能改善纤维的取向程度,且氯化锂加入后,纤维在滚筒上的沉积面积减小。随着活性碳含量的增加,所得纤维的直径逐渐增加,而添加氯化锂后,纤维直径的变化不是很明显,但是当氯化锂含量为0.6%时,纤维间出现集束的现象。通过XRD分析可知,氯化锂的加入能提高聚丙烯腈大分子的规整排列。通过力学性能分析发现,随着活性碳含量的增加,纤维的力学性能变差,且活性碳对力学性能的影响明显,而随着氯化锂含量的增加,纤维的拉伸应力呈现先减小后增加的趋势,且当氯化锂含量为0.6%时,静电纺取向纳米纤维的拉伸应变提高。最后,采用漏斗型管道作为静电纺接收装置,并对漏斗后端的圆柱形管道切向抽真空,使得在整个漏斗型管道内部及漏斗口部分形成一定的气流场,从而对纤维进行集聚,形成纤维束。此外,采用质量分数为12%的聚丙烯腈溶液作为纺丝液,对新型静电纺丝装置的纺丝工艺参数进行了初步的探讨,研究了纺丝距离、纺丝流率、真空泵的抽气速率等因素对静电纺纳米纤维束的形成的影响。通过实验发现,当纺丝距离为3cm,纺丝流率为0.005ml/min,真空泵的抽气速率为6L/s时,能获得集束性能良好的静电纺纳米纤维束。当在纺丝液中添加0.6%的氯化锂后,纤维束的制取较纯的聚丙烯腈溶液容易。
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全文目录
摘要 5-6 Abstract 6-8 目录 8-11 第一章 绪论 11-22 1.1 静电纺丝 11-13 1.1.1 静电纺丝的基本原理 11-12 1.1.2 静电纺丝的影响因素 12-13 1.2 静电纺中纳米纤维的形态 13-18 1.2.1 无序状纳米纤维与取向排列纳米纤维 13-14 1.2.2 螺旋状纳米纤维的制取 14-15 1.2.3 多孔纳米纤维与中空纳米纤维 15 1.2.4 其他新型静电纺丝装置 15-18 1.3 静电纺丝纳米纤维束或纳米纤维纱的制备 18-20 1.3.1 双电极法 18 1.3.2 水浴法 18-19 1.3.3 机械加捻法 19 1.3.4 其他制备方法 19-20 1.4 论文的研究思路及主要内容 20-22 第二章 滚筒法制备取向聚丙烯腈纳米纤维 22-30 2.1 实验部分 22-23 2.1.1 主要材料与仪器 22 2.1.2 静电纺丝溶液的配置及工艺参数的设置 22-23 2.1.3 FE-SEM 形貌观察 23 2.2 结果与讨论 23-29 2.2.1 滚筒转速对纤维直径的影响 23-27 2.2.2 滚筒转速对纤维沿滚筒旋转方向取向排列的影响 27-28 2.2.3 滚筒转速对纤维膜宽度的影响 28-29 2.3 本章小结 29-30 第三章添加剂对取向聚丙烯腈纳米纤维的影响 30-41 3.1 实验部分 30-31 3.1.1 主要材料与仪器 30-31 3.1.2 结构表征与力学性能测试 31 3.1.3 试样的制备 31 3.2 结果与讨论 31-39 3.2.1 活性碳与氯化锂的加入对纤网形态的影响 31-33 3.2.2 活性碳与氯化锂的加入对静电纺取向纤维直径的影响 33-35 3.2.3 活性碳与氯化锂的加入对纤维取向排列的影响 35-36 3.2.4 活性碳与氯化锂的加入对纤维结构的影响 36-38 3.2.5 力学性能分析 38-39 3.3 本章小结 39-41 第四章 漏斗型接收装置制备静电纺纳米纤维束的成形机理初析 41-50 4.1 静电纺丝射流运动形态 41-42 4.2 涡流纺纱原理 42-44 4.2.1 涡流场的形成 42 4.2.2 涡流纺纱成纱原理 42-44 4.3 漏斗接收装置的成型构思 44-49 4.3.1 漏斗型接收装置的构成 45-47 4.3.2 漏斗接收装置的接收过程初析 47-49 4.4 本章小结 49-50 第五章 静电纺纳米纤维束的制备与工艺探讨 50-61 5.1 实验部分 50-51 5.1.1 主要材料与仪器 50 5.1.2 FE-SEM 形貌观察 50 5.1.3 静电纺丝工艺参数设置 50-51 5.2 结果与讨论 51-60 5.2.1 纺丝距离对静电纺纳米纤维束制备的影响 51-55 5.2.2 纺丝流率对静电纺纳米纤维束制备的影响 55-56 5.2.3 抽气速率对静电纺纳米纤维束成型的影响 56-58 5.2.4 添加氯化锂后对静电纺纳米纤维束的影响 58-60 5.3 本章小结 60-61 第六章 结论与展望 61-63 6.1 结论 61-62 6.2 展望 62-63 参考文献 63-70 攻读硕士期间发表论文情况 70-71 致谢 71
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中图分类: > 工业技术 > 化学工业 > 化学纤维工业 > 一般性问题 > 生产工艺
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