溶剂和固含量对聚酰亚胺纤维的影响
日期：2018-11-19 10:02
静电纺丝过程中主要涉及的物质是静电射流的纺丝溶液,其通常是高分子溶液,因此高分子和溶剂的种类十分重要,同种高分子还必须考虑平均分子量、分子量分布及链结构的细节。
1、溶剂对聚酰亚胺纤维的影响
Son等“研究发现,纤维的直径和形态与溶剂的类型有直接关系。赵莹莹采用 BTDA/ODA体系两步法纺制聚酰亚胺纤维,固含量相同(25%(质量分数)、电压相同(15kV)、接收距离相同(20cm)而纺丝原液溶剂不同的聚酰亚胺纳米纤维SEM表面形貌。在其他条件相同的情况下,采用不同溶剂所获得的聚酰亚胺纤维直径不同以DMF为溶剂制得的纤维直径最细,平均直径在200mm左右。纤维直径尺寸的减小,有利于减小纤维表里的差别,减小缺陷出现的概率,且纤维比表面积也就越大,比表面积与纤维的形状、表面缺陷及孔结构密切相关,同时对物质的许多物理及化学性能会产生很大影响。溶剂的种类是影响高压静电纺丝过程及制备得到纳米纤维形态的一个重要因素。溶剂的变化将影响溶液的黏度、表面张力及导电性,而溶液的这些性能直接影响高压静电纺丝过程的进行及最终制备得到纳米纤维的基本形貌特征和最终性能。纺丝溶剂不同则所得的空隙率有所差异,但差异不明显(表2-11)。纤维直径的大小以及纤维的取向决定了制备纳米纤维无纺布膜空隙率的大小,溶剂的作用使DMF溶剂体系的纤维直径最小,但是纤维取向不如其他两种溶剂体系的好，使最终得到的平均空隙率差别不是很明显。
2、固含量对聚酰亚胺纤维的影响
纺丝原液固含量是静电纺丝的一个重要工艺参数,固含量的高低直接影响纤维的形貌特征和最终性能。采用溶剂相同(DMF)、电压相同(15kV)、接收距离相同(20cm)而纺丝原液固含量不同的聚酰亚胺纤维SEM图如图1所示。
图1 固含量不同的聚酰亚胺纤维SEM图
纺丝原液固含量为23%(质量分数)的纤维直径最大,在300mm以上,纺丝原液固含量为22%(质量分数)的纤维直径最小,平均直径为300m,同时有类液滴现象出现,其他不同固含量纺制的纤维则没有出现这种情况。可能是在较低浓度下,溶液黏度较小、溶液中聚合物分子链缠绕程度不足,致使静电射流的流体力学稳定性较差,此外,溶剂含量较大,纺丝过程中不能完全挥发,最终所得样品溶剂含量过大,造成最终纤维中含有珠状结构。溶液的黏度随固含量的升高而迅速增大,而表面张力则会明显下降。当溶液浓度过低时,其黏度极低即分子链间的缠结作用很小,主要靠表面张力来保持细流的形态。此时,将很难维持喷丝细流连续性,而只会形成喷射液滴。因此,若想要能稳定地进行静电纺丝,首先必须先调整纺丝液固含量,使黏度大于一个临界值。但是与此相对,若使黏度过大,纺丝阻力随之增大,造成喷丝头粘结。
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