三维聚乳酸超细纤维的制备工艺探究

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超细纤维因其独特的尺度效应已在生物工程、电工电子、安全防护等领域受到广泛关注。目前制备超细纤维的方法主要有复合纺丝法、相分离法、抽拉法、模板合成法和静电纺等,其中静电纺丝因设备简单、可直接连续制备超细纤维、原料种类广泛等众多优越特点而备受关注。传统静电纺丝制备的纳米纤维多为层层紧密堆叠的二维纤维集合体,这种结构过于致密,使其在某些领域的应用受到限制。故研究学者们致力开发一种可制备大孔洞、高比孔容的三维超细纤维集合体的静电纺工艺方法。目前所开发的三维静电纺方法大致可分为层层组装法、液相辅助收集法、三维接收器收集法、三维网络重构法,这些方法能一定程度上提高纤维间距,但均未解决纤维因静电力作用紧密堆叠的缺陷,且有关静电纺丝条件对三维纤维集合体成型的规律性影响也鲜有探究。有研究者通过在纺丝液中加入表面活性剂增加纺丝溶液的电导率以降低纤维的表面比电阻,从而在纤维被接收时增加纤维与接收器间的电荷转移与反转作用,有效的减少纤维与接收器间的强大的静电引力作用从而得到疏松多孔的三维纤维集合体,但该研究中所用的大量表面活性剂多存在于纤维表面,其去除后纤维的表面可能会形成缺陷,从而影响三维纤维集合体的力学性能。本研究受此研究启发。其一,采用在传统纺丝液中加入导电物质纳米银,以提高纺丝溶液电导率降低纤维的体积比电阻,从而增加纤维与接收器间的电荷转移与反转作用,促使纤维与接收器间产生静电斥力而制备三维纤维集合体的工艺。其二,本研究系统的对纺丝参数对三维纤维集合体成型的影响规律做细致探究,利用模拟电场详细分析纤维在运动过程中的受力情况,把握三维纤维集合体成型的内在规律。主要研究结果如下:(1)导电物质的加入有助于纤维与接收器间的电荷转移与反转,优化纤维与接收器间静电斥力的表达,促使三维纤维集合体制备。(2)导电物质的添加有助于纤维在牵伸过程中的分丝形成,有益于纤维之间的触板纠缠,促使纺制纤维以纤维集合体的形式收集,优化三维纤维集合体制备成型。(3)其他纺丝参数不变的条件下,仅纺丝电压的适当提高使得三维纤维集合体孔洞有减小的趋势,当电压过高时纤维间有效纠缠被打破,从而不利于大孔洞三维纤维集合体的制备成型。(4)在其他纺丝条件不变的情况下,推速的适当提高有益于大孔洞三维纤维集合体的成型,当推速过高时三维纤维集合体的孔洞反而会降低。(5)此研究采用的“高导”纺丝液制备的三维纤维集合体比孔容可达2017 cm~3/g,远高于目前流行的三维集合体制备方法所得的三维纤维集合体。
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