靜電紡纖維膜的疏水性能和拉伸性能的研究.pdf

1、表面潤濕性是固體表面的重要特征之一，也是最為常見的一類界面現(xiàn)象。超疏水表面是指水與固體表面的接觸角大于150°的表面，超疏水材料在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和人們的日常生活中有著非常廣闊的應(yīng)用前景，構(gòu)建超疏水性界面材料在基礎(chǔ)科學(xué)和應(yīng)用領(lǐng)域均具有極其重要的意義。一般制備超疏水表面的方法有兩種：一種是改變具有疏水性質(zhì)的光滑表面的粗糙度，另一種是用低表面能的物質(zhì)修飾粗糙的表面。近年來，關(guān)于超疏水的研究飛速發(fā)展，人們通過仿生（如仿荷葉、銀澤菊葉等）成功開發(fā)出多

2、種在材料表面構(gòu)筑粗糙結(jié)構(gòu)的方法以實(shí)現(xiàn)超疏水，但這些方法大多需要特殊的加工設(shè)備或復(fù)雜的工藝過程，且制備的超疏水表面拉伸性能極差，限制其應(yīng)用范圍。因此，開發(fā)簡單方便、可用于大面積制作超疏水表面的技術(shù)，制備具有優(yōu)良拉伸性能的超疏水表面是一項(xiàng)具有挑戰(zhàn)性的研究課題。
　　 本文首先簡介了超疏水基本理論，在分析超疏水表面制備技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上，針對目前超疏水表面制備連續(xù)性差、生產(chǎn)效率低、制備的產(chǎn)品拉伸性能差等因素導(dǎo)致無法大規(guī)模推廣應(yīng)用的問

3、題，通過多噴頭注射泵、旋轉(zhuǎn)式滾筒收集器和橫向移動(dòng)裝置改進(jìn)傳統(tǒng)靜電紡絲機(jī)，探索了一種用于超疏水表面制備的改良型的靜電紡絲技術(shù)，從而實(shí)現(xiàn)大面積制備具有優(yōu)良拉伸性能的超疏水表面。
　　 本課題以聚苯乙烯(PS)為主要原料，分別以尼龍6(PA6)和聚丙烯腈(PAN)為增強(qiáng)體，采用改良型靜電紡絲機(jī)復(fù)合紡制了PS/PA6和PS/PAN兩個(gè)系列的纖維膜，并進(jìn)行性能研究。實(shí)驗(yàn)過程中首先進(jìn)行了純紡PS、PA6、PAN工藝條件探索，找出各自純紡的工

4、藝參數(shù)范圍；為了順利地進(jìn)行復(fù)合紡，將3種聚合物純紡工藝參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化組合，確定了復(fù)合紡工藝：PS、PA6和PAN紡絲溶液濃度分別為30％、20％和12％。電壓為20kV，接收距離為15cm，注射泵推進(jìn)速度為2mL/h，滾筒運(yùn)轉(zhuǎn)速度為100m/min，橫向移動(dòng)速度為7m/min，復(fù)合紡PS/PA6和PS/PAN的注射泵噴頭比例為4/0、3/1、2/2、1/3和0/4。實(shí)驗(yàn)溫度為25℃，相對濕度為25％。對所制備的纖維膜進(jìn)行潤濕性能和拉伸性能

5、的測試，測試結(jié)果表明：純紡PS纖維膜表面具有超疏水性(WCA=154°)，并且水滴在此表面很容易滾動(dòng)，但拉伸性能很差，強(qiáng)度低。由于PA6和PAN均屬于親水材料，為了保證復(fù)合紡制纖維膜的超疏水性能和較好的拉伸性能，通過不同聚合物溶液噴頭比例的組合，找出最佳復(fù)合紡噴頭比例，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，復(fù)合紡PS/PA6和PS/PAN的最佳噴頭比例分別為2/2和3/1。
　　 為了研究靜電紡纖維膜超疏水性能形成機(jī)理和拉伸增強(qiáng)機(jī)制，本文通過對靜電紡纖

6、維膜表面進(jìn)行掃描電鏡、紅外分析和X射線衍射測試，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明微米級靜電紡PS纖維表面有大量納米級的凸起和溝槽，PS纖維所具有的這種獨(dú)特的“類銀澤菊葉”微納米階層結(jié)構(gòu)與PS本身的較低表面能的共同作用使得PS纖維膜表面具有了超疏水性。本文中的靜電紡纖維膜具有類非織造布的纖維網(wǎng)結(jié)構(gòu)，纖維膜中纖維呈隨機(jī)分布且分散均勻，復(fù)合紡時(shí)增強(qiáng)型聚合物由于溶劑來不及揮發(fā)形成的纖維固結(jié)點(diǎn)以及多噴頭靜電紡過程中較細(xì)的PA6或PAN纖維與較粗的PS纖維形成的纏結(jié)、