DOI: 10.1016/j.polymer.2021.123902
静电纺聚偏氟乙烯（PVDF）纤维可在过滤应用中充当驻极体。与此相关的是静电纺丝条件对PVDF纤维β相含量的影响程度。β相含量是测量PVDF纤维垫上电荷电位的一个重要因素。通过静电纺丝三种不同浓度（10、14和18wt％）的聚合物溶液分别制备了具有三种平均纤维直径（328nm、780nm、1167nm）和五种不同基重（10、20、30、40和50g/m2）的PVDF纤维垫。此外，在不同外加电压（21、24、27和30kV）、溶液流速（2、5和8ml/h）、针尖到收集器距离（12、15、18,22cm）和滚筒收集器旋转速度（5,45,100rpm）的条件下电纺丝制备了纤维垫样品，同时保持溶液浓度为10wt％和垫基重为20g/m2。通过SEM图像和FTIR光谱分析对平均纤维直径和β相含量进行了评估。使用定制的法拉第桶测量表观表面电荷电势。溶液成分、流速和针尖距离对纤维直径和β相含量有中等影响。经测量发现表面电位与β相含量成正比。滚筒收集器的转速对纤维直径的影响可以忽略不计，但对β相和表面电位存在相当大的影响。测得的表面电荷电位与基重成正比，与纤维直径成反比。
图1.静电纺丝装置示意图。
图2.在外加电压（27kV）、针尖至收集器距离（22cm）、流速（5ml/hr）、每分钟转速（30rpm）下，由丙酮:DMF（重量比为1:1）溶液制备的PVDF电纺纤维的SEM图像：聚合物浓度为（a）10wt％（b）14wt％（c）18wt％。
图3.纤维直径和基重对测量电位的影响。静电纺丝条件：丙酮:DMF（重量比为1:1），外加电压（27kV），针尖到收集器距离（22cm），每分钟转速（30rpm），聚合物浓度（10wt％）和流速5ml/hr。
图4.（a）不同聚合物浓度（按重量计）下PVDF电纺纤维的FTIR光谱。10％、14％和18％聚合物浓度（按重量计）对应于静电纺丝过程中使用的聚合物溶液的浓度。编号线表示α-和β-相的吸收带特征。（b）计算不同聚合物浓度（按重量计）下样品的β相或结晶相含量和纤维直径。（c）使用法拉第桶在不同聚合物浓度下测量电位与β相的关系。（d）不同聚合物浓度下样品电位与纤维直径的关系。
图5.在外加电压（27kV）、针尖到收集器距离（22cm）、每分钟转速（30rpm）、聚合物浓度（10wt％）和不同流速下，由丙酮:DMF（重量比为1:1）溶液制备的PVDF电纺纤维的SEM图像和纤维尺寸分布：（a）2ml/hr，（b）5ml/hr，（c）8ml/hr。
图6.（a）PVDF电纺纤维在不同流速下的FTIR光谱。流速2ml/hr、5ml/hr和8ml/hr对应于静电纺丝装置中聚合物溶液的流速。编号线表示α-和β-相的吸收带特征。（b）计算不同流速下样品的β相或结晶相含量和纤维直径。（c）使用法拉第桶在不同流速下测量样品电位与β相的关系，（d）不同流速下样品电位与纤维直径的关系。
图7.在针尖到收集器距离（22cm）、流速（5ml/hr）、每分钟转速（30rpm）、聚合物浓度（10wt％）和不同外加电压下，由丙酮:DMF（重量比为1:1）溶液制备的PVDF电纺纤维的SEM图像和纤维尺寸分布：a）21kV，b）24kV，c）27kV，d）30kV。
图8.（a）PVDF电纺纤维在不同外加电压下的FTIR光谱。外加电压21kV、24kV、27kV和30kV对应于在静电纺丝装置中施加到聚合物溶液的电压。编号线表示α-和β-相的吸收带特征。（b）在不同外加电压下计算样品的β相或结晶相含量和纤维直径。（c）使用法拉第桶测量不同外加电压下样品电位与β相含量的关系。（d）不同外加电压下样品电位与纤维直径的关系。
图9.在外加电压（27kV）、流速（5ml/hr）、每分钟转速（30rpm）、聚合物浓度（10wt％）和不同针尖到收集器距离下，由丙酮:DMF（重量比为1:1）溶液制备的PVDF电纺纤维的SEM图像和纤维尺寸分布：（a）12cm，（b）15cm，（c）18cm，（d）22cm。
图10.（a）PVDF电纺纤维在针尖到收集器距离下的FTIR光谱。针尖到收集器距离22cm、18cm、15cm和12cm对应于在静电纺丝装置中针尖和收集器之间保持的距离。编号线表示α-和β-相的吸收带特征。（线条表示α相和β相的吸收带特征）。（b）不同针尖到收集器距离下样品的β相或结晶相含量和纤维直径。（c）使用法拉第桶测量不同针尖到收集器距离下样品电位和β-相含量的关系。（d）不同针尖到收集器距离下样品电位与纤维直径的关系。
图11.在外加电压（27kV）、流速（5ml/hr）、针尖到收集器距离（22cm）、聚合物浓度（10wt％）和不同转速下，由50/50（丙酮+DMF，按w/w计）溶液制备的PVDF电纺纤维的SEM图像和纤维尺寸分布：（a）10rpm，（b）45rpm，（c）100rpm。
图12.（a）PVDF电纺纤维在不同转速下的FTIR光谱。转速100rpm、45rpm和10rpm对应于静电纺丝装置中心轴的旋转速度。编号线表示α-和β-相的吸收带特征。（b）在不同心轴转速下计算出样品的β相或结晶相含量和纤维直径，（c）使用法拉第桶测量不同心轴转速下样品电位和β相含量的关系，（d）不同心轴旋转速度下样品电位与纤维直径的关系。
图13.通过实验（Pmeasured）和计算（Pcalculated）得出的电位值。
