电纺微-纳米纤维薄膜的制备方法.docVIP

  电纺微-纳米纤维薄膜的制备方法# 张朝群，宋岩，杨清彪，李耀先** （吉林大学化学学院，长春 130021） 5 10 15 20 25 30 35 摘要：使用双喷头电纺丝装置，在聚丙烯腈纳米纤维薄膜中引入大尺寸的微米纤维，将纤维 膜强度提高了 4.5 倍，随后使用高速转动的辊筒收集纤维，提高纤维膜取向后进一步将纤维 膜强度提高 8.1 倍。 关键词：聚丙烯腈；纳米纤维；机械性能。 中图分类号：O63 Preparation of Micro-Nanofibers by Electrospinning ZHANG Chaoqun, SONG Yan, YANG Qingbiao, Li Yaoxian (Jilin University, College of Chemistry, Changchun, 130021) Abstract: In this work, PAN microfiber reinforced nanofiber composite films were prepared by two nozzles technology. Compared with that of single kind of nanofiber, the tensile strength of the composite micro/nanofibers prepared by this method has been enhanced by a factor of 4.5. After the further improvement of the fiber orientation, the tensile strength is 8.1 times that of non-oriented composite micro/nanofibers. Key words: PAN; Nanofibers; Mechanical properties. 0 引言 静电纺丝是近些年发展起来的一种微/纳米纤维薄膜制备方法，与自组装、模板合成等 技术相比，具有操作简单、成本低廉、适用性广泛等优点[1-4]，被广泛应用于过滤材料、纳 米电子学[5]，防护服[6]、复合材料[4]、药物传输[7,8]、组织支架[9]、纳米管纤维模板[10]、传感 器件[11]等诸多领域中。随着研究的深入，人们逐渐发现，电纺纤维膜的强度较差，使用时 容易破碎，如何提高纤维膜的强度显得十分必要，近几年，人们将碳纳米管等增强组分添加 到电纺纤维基质当中[12-15]，虽然材料强度略有提高，但碳纳米管的成本较高，不利于广泛应 用，发展新的技术具有重要意义。 本项研究中，我们设计了一种双喷头电纺丝装置，制备了一种以大尺寸聚丙烯腈微米纤 维为骨架，小尺寸聚丙烯腈纳米纤维为填充的高强度纤维膜，使得原来纳米纤维膜的强度得 到大幅度提高；同时，通过提高纤维收集辊筒转动速度的方法获得了高度取向的聚丙烯腈微 /纳米纤维膜，进一步提高了纤维膜的机械性能，该项研究很好解决了以往电纺纤维材料存 在的问题，有利于该技术的推广应用。 1 实验部分  1.1  实验仪器与药品 聚丙烯腈（PAN，Mw＝80,000），购于吉化公司；N,N-二甲基甲酰胺（DMF），购于 北京化工厂。实验中所有药品均为分析纯，使用前未经纯化。 基金项目：高等学校博士学科点专项科研基金（20100061110008） 作者简介：张朝群，1984 年生，女，博士，主要从事有机功能材料研究 通信联系人：李耀先，1950 年生，男，教授，主要从事有机合成及功能材料研究. yxli@mail.jlu.edu.cn -1-   40  1.2  双喷头法制备微-纳米纤维共叠加薄膜制备 在室温下，将PAN溶解到DMF中，配制质量分数分别为9wt%和17wt%的溶液，待PAN 完全溶解后再连续搅拌12 h。 安装如Fig.1所示的电纺装置，在A喷头中加入9 wt%浓度的纺丝溶液，在B喷头中加入17 wt%浓度的纺丝溶液，调节喷头与收集辊筒的距离为15cm，辊筒转动速度为200 r/h，调节A 喷头的液体流速为9ml/h，B喷头的纺丝速度为6ml/h，施加15 kV的纺丝电压，从A喷头形成 45 的微米纤维与B喷头形成的纳米纤维随辊筒的滚动被均匀混合起来，连续纺丝5h后得到合格 产品，形成的纤维膜取下后进行相关测试。 图 1，双喷头电纺装置示意图 Fig.1 Two-nuzzle electrospinning equipment  50  1.3  双喷头法制备取向微-纳米纤维共叠加薄膜制备  通过控制两个喷头的液体流速，使微米纤维与纳米纤维的质量比为1：1，将辊筒转动速 度分别调整为10