溶液性质对静电纺丝的影响及纳米纤维增强透光复合材料的研究

论文摘要

静电纺丝技术是一种简单实用的连续制备纳米纤维的方法。纳米纤维具有优良的机械力学性能、极大的比表面积和长径比,因而被广泛应用于组织工程支架材料、催化剂、纳米复合材料、光电材料等领域。本论文采用静电纺丝技术制备纳米纤维,主要开展了以下方面的研究:（1）探讨了溶剂组成、溶液浓度/粘度、喷丝口孔径和分子量对醋酸纤维素（CA）静电纺丝的影响。与单一溶剂N,N-二甲基乙酰胺（DMAc）或丙酮比较,2:1丙酮/DMAc混合溶剂更适合于醋酸纤维素纳米纤维的制备。研究表明喷丝口孔径大小影响纤维的直径分布。随着CA分子量增加,纤维形貌从大颗粒纺锤状珠串,逐渐转变为含少量圆锥形珠串纤维,直至粗细比较均匀且无缺陷的纤维。（2）应用丙酮、N,N-二甲基甲酰胺（DMF）和丙酮/DMF三种溶剂体系,研究了苯乙烯—马来酸酐共聚物（SMA）的静电纺丝,制得了直径可达170 nm的纳米纤维。研究发现制备直径均匀、光滑无珠缺陷SMA纳米纤维的最佳丙酮/DMF溶剂体积比为2:1。（3）通过静电纺丝制备了一系列组分比例不同的CA/聚氨酯（PU）复合纳米纤维。选择性去除任一组分后,产物能够很好地保持纤维状结构,并且直径明显减小;纤维的无孔洞结构说明CA和PU分散均匀,形成了连续共生纳米复合纤维材料。CA/PU复合纳米纤维结合了CA和PU组分的优异特性,体现了优良的力学性能。（4）利用纳米纤维制备了透光良好的纳米纤维增强复合材料。当纤维索纳米纤维的直径为280 nm,即使其在复合膜中的含量高达40%时,纤维素纳米纤维/聚乙烯醇（PVA）复合膜的透光率高达85%,而且具有优异的拉伸强度和杨氏模量,两者分别约为66MPa和3.2GPa。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 中文文摘
• 第1章 绪论
• 1.1 纳米纤维材料
• 1.1.1 纤维材料
• 1.1.2 纳米纤维
• 1.2 静电纺丝技术
• 1.2.1 静电纺丝装置及其原理
• 1.2.2 静电纺丝过程控制
• 1.2.2.1 溶液性质
• 1.2.2.2 纺丝参数
• 1.2.3 静电纺丝纳米复合纤维
• 1.2.3.1 核—壳型/中空型纳米纤维
• 1.2.3.2 "海岛"型/多孔型纳米纤维
• 1.2.3.3 共生连续纤维
• 1.2.4 静电纺丝纳米纤维应用
• 1.2.4.1 纳米纤维增强复合材料
• 1.2.4.2 生物医学材料
• 1.2.4.3 纳米纤维传感器
• 1.2.4.4 纳米纤维光电装置
• 1.2.5 前景和展望
• 1.3 本文的研究内容
• 1.3.1 研究目的和意义
• 1.3.2 研究方案
• 1.3.3 研究特色
• 参考文献
• 第2章 溶液性质对醋酸纤维素（CA）静电纺丝的影响
• 2.1 前言
• 2.2 实验部分
• 2.2.1 原料
• 2.2.2 静电纺丝
• 2.2.3 表征方法
• 2.3 结果与讨论
• 2.3.1 溶剂体系及溶液浓度/粘度对CA纳米纤维形貌和结构的影响
• 2.3.2 喷丝口大小对CA纳米纤维形貌和结构的影响
• 2.3.3 分子量对CA纳米纤维形貌和结构的影响
• 2.4 小结
• 参考文献
• 第3章 溶液性质对苯乙烯—马来酸酐共聚物（SMA）静电纺丝的影响
• 3.1 前言
• 3.2 实验部分
• 3.2.1 原料
• 3.2.2 静电纺丝
• 3.2.3 表征方法
• 3.3 结果与讨论
• 3.3.1 丙酮溶剂对SMA纳米纤维直径和形貌的影响
• 3.3.2 DMF溶剂对SMA纳米纤维直径和形貌的影响
• 3.3.3 丙酮/DMF混合溶剂对SMA纳米纤维直径和形貌的影响
• 3.4 小结
• 参考文献
• 第4章 醋酸纤维素（CA）/聚氨酯（PU）共混物静电纺丝的研究
• 4.1 前言
• 4.2 实验部分
• 4.2.1 原料
• 4.2.2 静电纺丝
• 4.2.3 CA/PU复合纳米纤维的后处理
• 4.2.3.1 用NaOH/乙醇（EtOH）溶液和DMAc洗涤CA/PU复合纳米纤维膜去除PU组分
• 4.2.3.2 用丙酮洗涤CA/PU复合纳米纤维膜去除CA组分
• 4.2.4 表征
• 4.3 结果与讨论
• 4.3.1 醋酸纤维素（CA）/聚氨酯（PU）复合纳米纤维形态和结构分析
• 4.3.2 选择性去除纤维的某一组分
• 4.3.3 红外谱图分析
• 4.3.4 力学性能分析
• 4.3.5 热学性能分析
• 4.4 小结
• 参考文献
• 第5章 纳米纤维增强透光复合材料的研究
• 5.1 前言
• 5.2 实验部分
• 5.2.1 原料
• 5.2.2 静电纺丝
• 5.2.2.1 CA的静电纺丝
• 5.2.2.2 CA/PU的静电纺丝
• 5.2.3 纤维素纳米纤维的制备
• 5.2.3.1 用NaOH/EtOH溶液水解CA纳米纤维膜
• 5.2.3.2 用NaOH/EtOH溶液和DMAc洗涤CA/PU复合纳米纤维膜
• 5.2.4 纳米纤维增强透光复合膜的制备
• 5.2.5 表征方法
• 5.3 结果与讨论
• 5.3.1 复合膜横截面的形貌分析
• 5.3.2 透光性能分析
• 5.3.3 力学性能分析
• 5.4 小结
• 参考文献
• 结论
• 攻读硕士学位期间承担的科研任务与主要成果
• 致谢
• 个人简历