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静电纺丝技术是基于高压电场下带电流体产生高速喷射的原理发展而来,用以制备纳米纤维的一种方法。所得纤维直径一般在数十纳米到数微米之间,纤维无规堆砌形成孔尺寸约0.1微米-10微米的膜,具有高的比表面积和孔隙率,可用于催化、过滤、组织工程、药物释放系统、防护服、电池隔膜等方面。本文利用导电材料与聚偏氟乙烯(PVDF)共混电纺,以及用化学镀和电纺技术相结合,制备出导电材料/纳米纤维复合物,提高了聚合物纤维复合物的电导率、磁性、抗静电性能以及吸波性能,极大的拓宽了电纺纤维的应用范围。
利用电纺技术制备了对甲苯磺酸掺杂的聚苯胺(PANI-TSA)/聚偏氟乙烯(PVDF)复合电纺纤维膜,并用电导率仪,扫描电子显微镜(SEM),静电电位计,电化学工作站,力学试验机等对纺前溶液和纺后纤维膜进行了表征。研究表明导电聚合物的加入增加了纺前溶液的电导率,显著提高了膜的离子电导率和抗静电性能。含有导电聚合物的电纺纤维比纯PvDF电纺纤维更细更弯曲,同时由于部分PANI-TSA没有溶解,以颗粒状存在纤维中,纤维表面因此变的粗糙,拉伸强度略有降低。
利用电纺技术制备了可溶性单壁碳纳米管(s-SwNT)/PVDF复合物纳米纤维膜。s-SWNT更容易分散在N,N-二甲基甲酰胺(DMF)中,从而有利于s-SWNT在电纺纤维中分散。利用电导率仪、SEM、电化学工作站、LCR测试仪、静电电位计等对纤维膜进行表征,发现s-SWNT的加入提高了纺前溶液的电导率,电纺得到直径更小的扭曲纳米纤维。随着s-SWNT含量的增加,电纺纤维膜介电常数增加。当s-SWNT含量为0.02wt%时介电常数达到最大,同时电导率增加到3.88×10<'-3>S/cm,是纯PVDF膜的63倍;s-SWNT含量为0.05wt%时电导率达到了45.8×10<'-3>S/cm。可能是因为分散在纤维中的s-SWNT达到临界阈值,形成了导电网络,同时由于纤维直径减小,比表面积增加,可以吸收更多的电解液所致。电导率的提高也使电纺膜更容易消除电荷。
采用共轭电纺制得PVDF连续纤维束,然后以此为模版进行化学镀,成功制备了磁性连续纤维束。利用电导率仪、SEM、X射线能谱仪(EDAX)、X衍射仪(XRD)、震动样品磁强计(VSM)对纤维进行表征。发现通过共轭电纺可以生产出连续的,取向规整的纤维束,改变了电纺纤维只能以不规则排列收集的现状。同时实验还研究了化学镀PVDF纤维束的原理,以及纤维表面形貌与施镀时间的关系。证明化学镀后纤维仍保持良好的取向,且表面被金属钴及少量磷均匀覆盖。化学镀后纤维显示出良好的磁性(饱和磁化率为9.024emu/g)。纳米纤维在经过化学镀改性后改变了物理化学性质,拓宽了应用范围。