靜電紡間位芳綸納米纖維的結(jié)構(gòu)調(diào)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(qiáng)的氫鍵網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，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(xué)腐蝕性和機(jī)械性能。一維PMIA納米纖維以其特殊的分子結(jié)構(gòu)、功能性以及在防護(hù)服、耐高溫過(guò)濾材料、電絕緣材料、超級(jí)電容器、分離器和結(jié)構(gòu)材料等領(lǐng)域的潛在應(yīng)用，而受到研究者的廣泛關(guān)注。近年來(lái)，靜電紡絲技術(shù)已被公認(rèn)為是一種簡(jiǎn)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(xiàn)報(bào)道采用靜電紡絲

2、技術(shù)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(wú)規(guī)取向排列的無(wú)紡布結(jié)構(gòu)存在的，通常只有纖維直徑低于20nm時(shí)，材料才能具有顯著的納米效應(yīng)。同時(shí)，由于纖維缺乏取向和拉伸，使得材料的機(jī)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(shí)際應(yīng)用性能。
　　 本課題首先介紹了PMIA和靜電紡絲技術(shù)，在現(xiàn)有的靜電紡PMIA纖維的基礎(chǔ)上，采用靜電噴網(wǎng)技術(shù)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(zhuǎn)速）對(duì)PMIA納米蛛網(wǎng)的形成及結(jié)構(gòu)形貌的影響，同時(shí)通過(guò)TEM分析證明了MWCNTs被很好的包覆在PMIA納米纖維中。實(shí)驗(yàn)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(yán)重;提高滾筒轉(zhuǎn)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(guò)調(diào)控環(huán)境濕度、LiCl含量和滾筒轉(zhuǎn)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(cè)試分析了以上三個(gè)因素對(duì)纖維膜取向性和力學(xué)性能的影響。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，增加環(huán)境濕度和滾筒轉(zhuǎn)速能有效改善纖維的取向性，從而達(dá)到提高纖維膜力學(xué)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(dǎo)致纖維力學(xué)性能下降。本課題又在取向PMIA納米纖維的

5、研究基礎(chǔ)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(zhuǎn)手200轉(zhuǎn)/分）下，制備PMIA/MWCNT復(fù)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(cè)試手段，分別分析MWCNTs對(duì)纖維形貌、纖維膜的分級(jí)取向結(jié)構(gòu)、纖維結(jié)晶度、熱學(xué)性能和力學(xué)性能的影響。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，在MWCNTs含量低于2wt％，增加MWCNTs含量