随着纳米技术的出现,纳米材料的性质和应用成为学者们研究的热点,其中,纳米纤维的力学性能更是研究的热点。静电纺丝是一种能够连续制备纳米级或亚微米级超细纤维的方法,静电纺丝制备的纳米纤维具有孔隙率高、比表面积和长径比大、力学性能好等特性,被广泛用于过滤材料、组织工程和个体防护等领域。聚乙烯吡咯烷酮(PVP)是一种非离子型高分子化合物,其优异的溶解性能及生理相容性受到人们的重视,在食品、医药和化妆品等领域具有良好的应用前景。为了满足纤维在具体应用中的要求,必须对其力学性能进行研究,学者们对多种材料的静电纺纳米纤维的力学性能进行了研究,而对静电纺PVP纳米纤维的力学性能的研究仍然未见报道。因此,研究静电纺PVP纳米纤维的力学性能对其应用具有重要的指导意义。本文采用静电纺丝法制备PVP纳米纤维。首先,使用扫描电子显微镜(SEM)对静电纺PVP纳米纤维膜进行观察,研究了纺丝过程参数(溶液浓度、纺丝电压、纤维接收距离)对纤维直径和形貌的影响。实验发现,在室温,相对湿度低于50%的情况下,当溶液浓度为6~10 wt%,纺丝电压为13.5~20 kV,针头内径为0.51 mm,溶液注射速度为0.7 mL/h,纤维接收距离为8~15 cm时,可制备出连续无珠粒的PVP纤维,直径在几百纳米至几微米之间。纤维的平均直径随着溶液浓度的增加而增大,随着纺丝电压的增加而减小,随着纤维接收距离的增加先减小后增大。其次,使用纳米拉伸测试系统对单根静电纺PVP纳米纤维进行轴向拉伸实验,测试了纤维的力学性能,得到纤维的拉伸模量、拉伸强度和断裂应变等力学性能随纤维直径的变化规律。结果表明,拉伸模量与纤维直径之间没有明显的相关性,拉伸强度随纤维直径的增大而降低,断裂应变随纤维直径的增大而增加。最后,通过原子力显微镜(AFM)对单根静电纺PVP纳米纤维的表面粗糙度进行了测量,得到纤维的表面粗糙度随纤维直径的变化规律,进而用来解释纤维的拉伸强度与纤维直径间的变化关系。实验发现,纤维表面具有凹陷结构和横向条纹等特征,具有一定的表面粗糙度,而且随着纤维直径的增大,纤维表面粗糙度逐渐增大,纤维开始出现直径分布不均匀、串珠状结构等缺陷。我们认为,纤维表面形貌特征和纤维缺陷的存在对纤维的力学性能有一定的影响,所以纤维的拉伸强度会随着纤维直径的增大而降低。