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综述:如何制备静电纺丝螺旋纤维?
2019/11/28 22:19:15 admin

  纤维膜的机械性能来自纤维的排列。因此,当膜由螺旋纤维代替直纤维制成时,可以预期机械性能的变化。Zhao等人(2017)表明,与直纤维相比,螺旋纤维在捕集油方面更好。

  已知静电纺射流在飞行中以混乱但基本上螺旋的运动行进。几位研究人员已经报道了在平板收集器上观察螺旋纳米纤维,特别是当收集器相对于喷嘴尖端移动时。获得单独的电纺纤维螺旋束与在缓慢移动的收集器中捕捉纤维一样简单。对于一些电纺纤维螺旋束来说,当收集器速度不足以使纳米纤维直线铺放时,被认为是由于纳米纤维在撞击收集器时弯曲造成的人工制品[Zheng et al 2012]。

  各种研究小组已经报道了静电纺丝螺旋纤维。在一些情况下,收集器上静电纺丝射流的一般屈曲能够产生螺旋纤维。 Yu等人(2008)将倾斜的载玻片作为收集器收集电纺丝螺旋聚己内酯(PCL)。由于螺旋纤维的沉积是由于静电纺丝射流撞击收集器的表面,所以倾斜的梯度和收集器与静电纺丝喷嘴的距离决定了螺旋纤维的形成。

  并排双孔喷嘴可用于挤出两种不同的溶液,使得单根电纺纤维沿其长度由两种材料制成。当材料之间的收缩或膨胀特性存在差异时,纤维可以卷曲成螺旋形式。 Zhang等人(2009)使用高收缩率聚对苯二甲酸乙二醇酯(HSPE)和聚对苯二甲酸丙二醇酯(PTT)作为双组分证明了这种输出。 Lin等人(2005)表明,使用聚丙烯腈(PAN)和聚氨酯(PU)作为双组分体系中的两种材料,他们能够构建卷曲和螺旋卷曲纤维。这种行为归因于纤维内的不同收缩导致其中一种组分被压缩。通过增加流速来增加PAN的量导致较少卷曲的纳米纤维,而当PU含量增加时相反。Chen等人(2009)表明,非常卷曲的纳米纤维可能作为纳米螺旋,这可能会影响所得垫子的机械性能。使用聚对苯二甲酰间苯二胺(Nomex)和热塑性聚氨酯(TPU),他们发现由并排双组分纤维组成的排列纳米螺旋纤维比没有纳米螺旋的纤维的净弹性力、伸长率、韧性和模量更高。具有和不具有纳米螺旋的纤维都是并列双组分纤维。为了获得没有纳米螺旋的排列纤维,将收集器设定在较高的转速下,同时以较低的转速收集具有纳米螺旋的排列纤维。Wu等人(2018)研究了含聚氨酯(TPU)的聚对苯撑间苯二酰胺(Nomex)、聚苯乙烯(PS)和聚丙烯腈(PAN)三种聚合物以并列双组分形式形成螺旋纤维的可能性。在三种聚合物中,只有Nomex与TPU形成一致的螺旋纤维。他们的研究提出了三种可能的假设。与PS和PAN??相比,Nomex具有最高的刚度,并且与TPU的材料刚度差异最大。在与TPU溶液的混溶性方面,PS溶液与TPU溶液完全不混溶,PAN溶液完全混溶,而Nomex溶液部分混溶。部分混溶的溶液可以促进两种聚合物组分之间的键合,并且有助于形成螺旋纤维。最后,发现在静电纺丝过程中,Nomex溶液在溶液和聚合物分子之间表现出库仑力,并且这在Nomex和TPU溶液之间产生纵向界面应力以促进螺旋结构形成。在其他聚合物溶液中未发现这种库仑力。虽然从他们的研究中可以看出,并非所有的双组分聚合物纤维都会形成螺旋纤维,但需要更多的研究来确定螺旋纤维形成的要求。

  螺旋双组分纤维不必限于并排布置。Zhao等人(2017)表明,核-鞘双组分电纺纤维也可以形成螺旋纤维。在他们的研究中,具有良好延展性的电纺聚偏二氟乙烯(PVDF)被用作核,更硬的多孔聚苯乙烯(PS)作为壳,在静止的收集器上,形成螺旋纤维。使用旋转鼓收集器来收集直纤维。

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