熔体静电纺丝控制PLA纤维形貌和制备Fe3O4/PCL复合微纳米纤维

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进入新世纪以来,静电纺丝技术获得了快速的发展,在原理、应用、材料和装置等领域都取得了不错的进展。静电纺丝技术可以分为溶液静电纺丝和熔体静电纺丝两大类。溶液静电纺丝已经可以实现制备不同形貌结构的聚合物微纳米纤维和不同材料掺杂的无机/有机复合聚合物纤维,而在熔体静电纺丝领域,少有对这些方面的深入研究。本文对熔体静电纺丝技术调控纤维形貌和制备无机/有机复合纤维两个方面进行了深入研究。首先,我们研究发现熔体静电纺丝得到的聚乳酸(PLA)纤维的形貌结构可以通过调控温度实现从微纤维到微球的改变。实验结果表明,随着温度从200 oC升至240 oC,PLA纤维的平均直径从58.46降至2.96μm。然后,当纺丝温度升至250 oC和260oC时,收集到直径约14.5μm的珠串状纤维和微球。此外,通过实验数据我们还发现PLA平均纤维直径会随施加的纺丝电压的增加而减小,并随着纺丝距离的增加而增加。为了探究不同PLA纤维形貌微观结构的成形机理,对不同纺丝温度下的得到PLA纤维进行了了流变性能、红外光谱和热重测试,发现PLA纤维形貌结构的变化与高温下PLA材料发生的酯交换所导致的分子量急剧下降有关。其次,我们通过熔体静电纺丝技术制备Fe3O4/PCL复合微纳米纤维,系统研究了实验参数(电压、接收距离、纺丝温度和Fe3O4含量)对Fe3O4/PCL复合微纳米纤维形貌影响。研究表明随着Fe3O4纳米颗粒含量的增加,会使得Fe3O4颗粒聚合程度增加,导致Fe3O4颗粒裸露在纤维表面,最大粒径甚至超过1μm。为了研究Fe3O4纳米颗粒与PCL之间影响,对Fe3O4/PCL复合微纳米纤维进行了XRD、红外和DSC测试。测试结果表明,Fe3O4和PCL只存在物理性质的复合,两者之间并没有发生化学反应。最后对Fe3O4/PCL复合微纳米纤维进行了磁学性能测试。实验数据表明:Fe3O4磁性纳米颗粒含量的增加并没有明显改变Fe3O4/PCL复合微纳米纤维的矫顽力,而饱和磁化强度随着Fe3O4纳米颗粒含量增加而增加,饱和磁化强度最高达到38.0 emu/g。对Fe3O4/PCL复合微纳米纤维膜在交变磁场中的热效应进行了研究,实验发现磁场强度对Fe3O4/PCL复合微纳米纤维膜在交变磁场中发热影响最大,最高平衡温度可以达到43.8 oC。除磁场强度外,Fe3O4/PCL复合纤维质量和复合纤维膜中Fe3O4含量也对纤维膜在磁场中的发热过程有一定影响。
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