PVDF及PVDF/PAN电纺纤维及其后处理的研究

论文摘要

聚合物电纺纤维的微观形貌与电纺溶液的性质尤其是体系中大分子链的缠结程度密切相关的,分子链间的缠结作用有利于形成较为完善的超细纤维。双组分聚合物体系的电纺过程中,由于两相粘度不同会发生相分离,使得电纺喷射细流中粘度低的聚合物相易于向外层迁移,而粘度高的聚合物相则向内芯迁移,从而形成具有芯/壳（Core/Sheath）结构或双连续相（Co-continuous）结构的超细纤维。具有上述特殊结构的电纺膜在生物医用和高效过滤膜等方面具有更加优越的应用前景。本文以聚偏氟乙烯（PVDF）溶液及其与聚丙烯腈（PAN）共混溶液为研究体系,从聚合物溶液粘度入手分析PVDF和PVDF与PAN大分子链的缠结作用,由此讨论溶液浓度、相对分子质量、溶剂组成及PVDF/PAN质量比对所形成的超细纤维形貌的影响。扫描电镜结果表明,PVDF溶液浓度越大,纤维形貌越好,提高PVDF相对分子质量以及加入挥发性强的溶剂都能使纤维形貌得到改善。加入PAN组分使得溶液粘度增加,相同溶液浓度下PVDF/PAN（质量比为75:25,以PVDF75/PAN25表示）电纺纤维形貌优于PVDF单组分。PVDF75/PAN25体系电纺后形成了芯/壳结构与双连续相结构的超细纤维,总体来说PAN集中在超细纤维的芯部,而PVDF主要分布在超细纤维的外表层。随着溶液放置时间的延长,电纺所形成超细纤维的芯/壳结构更加完善;增大双组分中PAN相的含量,由于体系粘度增大,相分离发生困难,很难形成完善的芯/壳结构超细纤维。电纺纤维无序排列,纤维直径小,膜的孔隙率大,一般来讲力学性能较差。故本文采用纤维定向排列和热压后处理的方法提高了PVDF75/PAN25双组分电纺纤维膜的拉伸强度。热压后纤维膜变得致密,电解液渗入困难,孔隙率、吸液率均减小。随着热压温度的升高,膜的杨氏模量、拉伸强度上升,断裂伸长率下降,而且膜中PVDF相的结晶度减小。取向电纺膜在平行于纤维取向的方向上拉伸其杨氏模量和拉伸强度都高于未取向电纺膜,断裂伸长率低于未取向电纺膜;135oC热压后对电纺膜沿平行于纤维取向方向拉伸,其拉伸强度为55.1±3.7MPa。在垂直于纤维取向方向上拉伸,杨氏模量和拉伸强度都低于未取向电纺膜,断裂伸长率高于未取向电纺膜。

论文目录

• 中文摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 静电纺丝技术
• 1.2.1 静电纺丝的历史
• 1.2.2 静电纺丝原理
• 1.2.3 静电纺丝纤维形貌的影响因素
• 1.2.4 双组分静电纺丝纤维结构研究
• 1.2.5 静电纺丝的纤维取向
• 1.2.6 电纺膜后处理
• 1.2.7 静电纺丝纤维膜的应用
• 1.3 聚合物溶液性质与电纺纤维形貌
• 1.3.1 高分子溶液
• 1.3.2 高分子溶液的溶解
• 1.3.3 高分子溶液缠结与电纺纤维形貌
• 1.4 聚偏氟乙烯（PVDF）膜材料
• 1.4.1 聚偏氟乙烯
• 1.4.2 PVDF成膜方法
• 1.5 课题的提出
• 第二章 溶液性质对电纺纤维形貌及双组分体系纤维结构的影响
• 2.1 实验部分
• 2.1.1 实验原料
• 2.1.2 实验仪器
• 2.1.3 电纺
• 2.1.4 电纺纤维膜的表征
• 2.2 结果与讨论
• 2.2.1 电纺溶液性质对纤维形貌的影响
• 2.2.2 PVDF/PAN双组分电纺纤维
• 2.3 本章小结
• 第三章 PVDF/PAN共混体系电纺纤维膜热压性能研究
• 3.1 实验部分
• 3.1.1 实验原料
• 3.1.2 实验仪器
• 3.1.3 电纺
• 3.1.4 电纺纤维膜的表征
• 3.2 结果与讨论
• 3.2.1 PVDF/PAN共混体系电纺
• 3.2.2 热压处理PVDF/PAN共混体系电纺膜
• 3.2.3 PVDF/PAN共混体系电纺膜热压处理后XRD分析
• 3.2.4 PVDF/PAN共混体系电纺膜热压处理后DSC分析
• 3.2.5 PVDF/PAN共混体系电纺膜热压后孔隙率分析
• 3.2.6 PVDF/PAN共混体系电纺膜热压后吸液率分析
• 3.2.7 PVDF/PAN共混体系电纺膜热压后力学性能分析
• 3.3 本章小结
• 第四章 PVDF/PAN共混体系取向电纺纤维膜性能研究
• 4.1 实验部分
• 4.1.1 实验原料
• 4.1.2 实验仪器
• 4.1.3 电纺
• 4.1.4 电纺纤维膜的表征
• 4.2 结果与讨论
• 4.2.1 电纺制备PVDF/PAN取向纤维膜
• 4.2.2 PVDF/PAN取向电纺膜的热压后处理
• 4.2.3 热压PVDF/PAN取向电纺膜的XRD分析
• 4.2.4 热压PVDF/PAN取向电纺膜的DSC分析
• 4.2.5 PVDF/PAN取向电纺膜热压后孔隙率分析
• 4.2.6 PVDF/PAN取向电纺膜热压后吸液率分析
• 4.2.7 取向PVDF/PAN共混体系电纺膜热压前后力学性能
• 4.3 本章小结
• 第五章 全文结论
• 参考文献
• 发表论文和科研情况说明
• 致谢