普通电场及脉冲电场下的静电纺丝实验研究

来源 :北京化工大学 | 被引量 : 2次 | 上传用户:d_kong
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酚醛纤维是一种具有优良耐热防火、耐腐蚀和吸附过滤的高性能材料。目前通过溶液静电纺丝制备酚醛纤维的方法比较复杂和耗时,所得纤维的应用也局限在吸附和过滤方面。在普通电场下,本文采用正交实验法进行制备纯酚醛纤维的熔体静电纺丝实验。研究发现,温度对所得纤维平均直径的影响最重要,其次是电压,最后是距离。最优的制备条件温度160℃,距离8cm,电压40kV,此时得到的纤维平均直径为4.44±0.76μm。经过交联固化之后酚醛纤维热性质有所提高。熔体静电纺丝不需要溶剂,不仅避免了溶剂带来的问题,还可以充分利用纺丝原料,是一种环境友好的高效纺丝技术。然而,由于聚合物熔体固有的高粘度和低导电性,使得熔体静电纺丝所得纤维直径很难以降低到纳米级,限制了熔体静电纺丝的发展。现存的改进方法可以取得一定效果,但是会使得纺丝条件更难控制,或者使纺丝设备更加复杂。本文针对这个问题引入脉冲电场,进行PLLA熔体静电纺丝,原料中不需要添加剂,不需要额外的纺丝设备,也不会增加纺丝的步骤和困难条件。研究发现脉冲电场可以在一定的条件下达到减小熔体静电纺丝纤维直径的目的。纤维结晶度和分子链取向都比普通电场的纤维的高,频率和占空比的协同作用可能导致纤维的结晶度和分子链取向出现复杂的变化。在频率为8KHz和10KHz的情况下,纤维表面出现了nultiple-necking结构,这在微米级纤维中是少见的。经过分析,我们认为脉冲电场对熔体静电纺丝纤维的作用和聚合物分子链的缠结程度有关系。因为聚合物熔体对温度比较敏感,而且聚合物熔体的粘度不便于精确调节,所以我们对PVP进行了脉冲电场溶液静电纺丝实验。首先探索了频率和占空比相对于流量和电压对所得纤维直径的影响程度,发现占空比的影响程度最大,频率的影响不显著;脉冲电场纤维的平均直径更细,直径分布更宽。后续需要对不同浓度的PVP进行研究以明确频率和占空比与聚合物浓度对纤维直径的影响关系,为理解频率和占空比与熔融聚合物分子链缠结的协同作用对熔体静电纺丝纤维直径的影响奠定基础。
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