基于同轴共纺技术制备亚微米中空纤维及多孔纤维

论文摘要

本论文介绍了中空纤维、多孔纤维的制备及多孔纤维基超净化材料的制备及性能研究。主要采用同轴共纺技术,将聚苯乙烯（PS）作为同轴共纺的壳层纺丝液、聚乙烯吡咯烷酮（PVP）作为芯层纺丝液,同轴共纺制备出了PS纳米/亚微米复合纤维,通过除去芯层PVP,成功地制备出了PS亚微米中空纤维和多孔纤维；改变壳、芯层材料制得了PVP（TiO2）/PLA复合纤维和尼龙-6多孔纤维,并以此为夹心层成功制备了尼龙-6多孔纤维基净化材料。实验中研究了纺丝过程中壳、芯层纺丝液的粘度,壳、芯层间界面张力,电压及内、外液流速比值K对复合泰勒锥的形成及复合纤维的微观形态的影响,优化了共纺的纺丝条件；研究了PS/PVP复合纤维的壳、芯结构及PS亚微米中空纤维和多孔纤维的断面微观形貌和纤维平均直径；用比表面积分析仪及孔隙分析仪分别测试了聚苯乙烯亚微米中空纤维和多孔纤维的比表面积和平均孔径。实验结果表明,电压为14.00kV≤V≤16.00kV、内、外液流速比值K范围为0.1≤K≤0.7情况下,PS/PVP同轴共纺能形成稳定的复合泰勒锥,除去芯层PVP后即得PS亚微米中空纤维,随着K值的增大,PS中空纤维直径减小,比表面积增加；当K值为0.8≤K≤1.0时,PS/PVP同轴共纺所得复合纤维中PS和PVP混在了一起,除去PVP后可得PS亚微米多孔纤维,且随着K值的增加,PS多孔纤维的孔半径和总孔容积增加；同轴共纺PVP（TiO2）/PLA复合纤维结果表明：只有壳、芯层的粘度均不至太低,且界面张力不太大才能形成形态较好的复合纤维。研究了多孔纤维基超净化材料的过滤性能。以尼龙-6多孔纤维为夹心层制得的纳米超净化材料对7μm以上的颗粒,过滤效率达到近100%。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 纳米/亚微米中空纤维的制备方法简介
• 1.1.1 微挤出法
• 1.1.2 自组装法
• 1.1.3 模板法
• 1.1.3.1 膜基合成方法
• 1.1.3.2 牺牲心轴法
• 1.1.3.3 静电纺丝纤维模板法
• 1.1.4 同轴共纺法
• 1.1.4.1 同轴共纺技术的由来
• 1.1.4.2 同轴共纺的装置
• 1.1.4.3 同轴共纺技术的研究现状和应用前景
• 1.1.5 其他方法
• 1.2 纳米/亚微米中空纤维的应用
• 1.2.1 纳米/亚微米中空纤维膜分离材料
• 1.2.2 纳米/亚微米中空纤维在微机械中的应用
• 1.2.3 纳米/亚微米中空纤维在化学上的应用
• 1.2.4 纳米/亚微米中空纤维在复合材料中的应用
• 1.2.5 纳米/亚微米中空纤维在其他方面的应用
• 1.3 多孔纤维
• 1.3.1 多孔纤维的制备
• 1.3.2 多孔纤维的应用
• 1.4 本课题的意义和研究的主要内容
• 1.4.1 本课题的意义
• 1.4.2 本课题研究的主要内容
• 第二章 实验部分
• 2.1 实验原料和设备
• 2.1.1 实验原料
• 2.1.2 实验设备
• 2.2 中空纤维和多孔纤维的制备
• 2.2.1 同轴共纺装置
• 2.2.2 PS中空纤维和多孔纤维的制备
• 2.2.2.1 壳、芯层溶液的配制
• 2.2.2.2 壳、芯层溶液的单纺
• 2.2.2.3 PS/PVP同轴共纺
• 2.2.2.4 PS中空纤维和多孔纤维的制备
• 2.2.2.5 微观形态表征
• 2）/PLA中空纤维和多孔纤维的制备及性能表征'>2.2.3 PVP（TiO₂）/PLA中空纤维和多孔纤维的制备及性能表征
• 2.2.3.1 壳-芯层溶液的配制
• 2.2.3.2 壳、芯层溶液的单纺
• 2）/PLA同轴共纺'>2.2.3.3 PVP（TiO₂）/PLA同轴共纺
• 2）/PLA中空纤维和多孔纤维的制备'>2.2.3.4 PVP（TiO₂）/PLA中空纤维和多孔纤维的制备
• 2.3 尼龙-6多孔纤维基夹心式超净化材料的制备及性能测试
• 2.3.1 壳-芯层溶液的配制
• 2.3.2 壳、芯层溶液的单纺
• 2.3.3 尼龙-6/PVP同轴共纺
• 2.3.4 尼龙-6多孔纤维的制备
• 2.3.5 夹心式超净化材料的制备
• 2.3.6 夹心式超净化材料的性能测试
• 2.3.6.1 材料结构表征
• 2.3.6.2 过滤性能测试
• 第三章 结果与讨论
• 3.1 单纺工艺参数对纤维的影响
• 3.1.1 纺丝液浓度
• 3.1.2 电场强度
• 3.1.3 电压
• 3.1.4 接收距离
• 3.1.5 喷头孔径
• 3.2 同轴共纺条件的研究
• 3.3 中空纤维的制备及表征
• 3.3.1 PS亚微米中空纤维的制备及表征
• 3.3.1.1 PS/PVP复合纤维的制备
• 3.3.1.2 PS中空亚微米纤维的制备及表征
• 2）中空纤维的制备'>3.3.2 PVP（TiO₂）中空纤维的制备
• 2）悬浮液的配制'>3.3.2.1 壳层PVP（TiO₂）悬浮液的配制
• 3.3.2.2 芯层PLA纺丝液的配制
• 2）悬浮液的单纺'>3.3.2.3 壳层PVP（TiO₂）悬浮液的单纺
• 3.3.2.4 芯层PLA溶液的单纺
• 2）/PLA同轴共纺'>3.3.2.5 PVP（TiO₂）/PLA同轴共纺
• 2）中空纤维的制备'>3.3.2.6 PVP（TiO₂）中空纤维的制备
• 3.4 PS亚微米多孔纤维的制备及表征
• 3.4.1 PS/PVP复合纤维的制备
• 3.4.2 PS/PVP复合纤维的表征
• 3.4.3 PS亚微米多孔纤维的制备
• 3.4.4 K值对PS多孔纤维孔半径的影响
• 3.5 尼龙-6多孔纤维基夹心式超净化材料的制备及性能研究
• 3.5.1 尼龙-6多孔纤维基夹心式超净化材料的制备
• 3.5.2 超净化材料结构表征
• 3.5.3 过滤性能的研究
• 3.5.3.1 过滤效率
• 3.5.3.2 过滤精度
• 第四章 结论
• 参考文献
• 致谢
• 研究成果及发表的学术论文
• 作者和导师简介
• 附件