从静电纺丝的整个过程出发,依次对纤维膜形成的纺丝原材料、纺丝参数及纤维膜后处理三个过程进行分析,对每个影响纤维膜力学性能的因素进行了整理与总结。
静电纺丝,纳米纤维膜,力学性能,纺丝参数,复合材料
伴随着科学技术的不断发展,纳米技术已经进入到人类生活的方方面面,纳米产品涉及范围很广,纳米纤维就是一种典型的周边制品。纳米纤维的尺寸效应十分显著,在光、磁、电等很多方面有着广泛的应用,得到了国内外研究学者的广泛关注。纳米纤维制备方法不同,其表现出来的性能也不相同。其中,静电纺丝(简称电纺)是一种制备纳米纤维最直接最高效的方法,这种方法制备的纳米纤维具有长径比大、孔隙率高、比表面积大和通透性强等特点,在生物医用材料、过滤、催化、传感、光电等方面有着良好的应用前景,已成为我国未来战略发展的重要材料。但是电纺纳米纤维具有相对较差的力学性能,如果能有效提高电纺纤维的力学性能,将极大地推动纳米纤维在实际生产生活中的应用。
电纺纳米纤维膜力学性能主要取决于纤维分子链排布、结晶性、宏观取向、纤维间连接形式、缺陷等共同作用。导致电纺纤维膜力学性能较差的主要原因有:(1)电纺纤维所用材料本身的力学性能较差;(2)电纺过程中,纤维射流在电场力的作用下拉伸,短时间的固化过程使纤维未充分结晶,从而导致纤维的力学性能差;(3)电纺过程中,射流经历了不稳定“鞭动”过程,导致所得纤维内的大分子和晶体取向很差,而且收集到的纤维杂乱无章,因此纤维力学性能较差。针对这些问题,文章总结和分析了近年来提高电纺纳米纤维力学性能的方法,主要分三个方面:一是向聚合物原料中加入合适的填充材料,提高复合纤维的力学性能;二是改变电纺的工艺参数,提高纤维中分子的取向度和结晶的含量,进而改善纤维的力学性能;三是对电纺纤维进行合适的后处理。在未来,需要进一步对电纺原理和电纺纤维成型过程进行大量的基础研究,详细阐明电纺纤维力学性能的影响机理,为下一步力学性能的改进提供理论指导。同时,对当前现有方法进行改进和优化,使其更加适合工业化生产,从而提升电纺纤维的市场化应用前景。
相关结果发表在Macromolecular Materials and Engineering(DOI:10.1002/mame.202000230)上,文章第一作者为韩玉芬
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https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/mame.202000230