静电纺丝聚合物纳米纤维力学性能表征及凝聚态结构研究进展

聚合物纳米纤维由于其独特的纳米结构和性能特征,在膜材料、生物医用材料等领域具有广阔应用前景。静电纺丝技术是制备聚合物纳米纤维的最有效方法,已获得了广泛应用。作为纤维材料,力学性能是其最重要的物理性能之一。然而,因其尺寸极其微小,聚合物纳米纤维力学性能表征非常困难。近十多年来,科学家开展了系列研究,获得了关于静电纺丝聚合物纳米纤维结构与力学性能的重要研究成果。由于纳米受限等的影响,静电纺丝纳米纤维具有与普通纤维不同的力学性能特征与凝聚态结构。文章综述了表征单根聚合物纳米纤维力学性能的方法,总结了纳米纤维力学性能与其尺寸的依赖关系,简要介绍了描述静电纺聚合物纳米纤维聚集态结构模型,并对纳米纤维结构与性能关系研究进行了展望。     

天然高分子的静电纺丝

静电纺丝技术是一种直接且相对容易的纳米纤维制备方法.文章综述了天然高分子的静电纺丝,该技术通常采用有机溶剂制备纺丝液,如采用六氟丙醇、六氟丙酮及三氟乙酸等.天然高分子常规纺丝法所得纤维的直径通常在几微米至几十微米之间,而静电纺丝得到纤维直径在微米以下,甚至在纳米范围,大大低于常规纺丝法.静电纺丝的天然高分子纤维无纺织物在外伤敷料、组织工程支架和药物释放系统等医学领域具有许多潜在用途.     

多孔醋酸纤维素纳米纤维的制备及其对染料的吸附

采用静电纺丝法制备醋酸纤维素纳米纤维,研究了纺丝液溶剂对醋酸纳米纤维形貌结构的影响,并将制备的纳米纤维置于染料中研究其吸附染料的能力。结果表明,通过静电纺丝可成功制备醋酸纤维素纳米纤维,纺丝液溶剂对醋酸纤维纳米纤维形貌结构有较大影响。采用丙酮和二氯甲烷混合溶剂时,制备的纳米纤维表面具有多孔结构,且随着二氯甲烷含量的增加,多孔效果增强,多孔结构的纳米纤维具有良好的吸附染料能力。     

静电纺取向排列纳米纤维纱的研究进展

随着纳米纤维在光电子器件、柔性传感器中的发展与应用,对纳米纤维的需求也日益增长,纳米纤维集合体的制备方法有多种,其中采用静电纺丝法制备定向纳米纤维集合体,是当前制备性能优良的纳米纤维的热门研究方向.针对当前静电纺纳米纤维的结构无序性、力学性能各向同性的问题,系统地介绍了采用静电纺制备定向纳米纤维束、纱线及纳米包覆纱的方...     

静电纺SF纳米纤维膜的制备研究

静电纺丝技术是一种简便、快速而高效的制备纳米纤维的方法,其设备简单易操作,再生丝素蛋白由于具有良好的机械性能、生物相容性、控制生物降解性以及易加工性而在许多领域都有很好的应用。近些年来通过静电纺丝技术制备的纳米丝素纤维膜在过滤、组织工程支架等方面的研究方兴未艾。文章用三氟乙酸作溶剂,制备丝素的静电纺丝纳米纤维,并对乙醇处理后的静电纺纳米纤维形貌特征、力学性能等性质进行了研究与分析。本实验对比了纳米纤维处理前后的变化,为SF纳米纤维的进一步应用提供了理论依据。     

静电纺丝制备聚合物/无机物复合纳米纤维研究进展

利用静电纺丝技术制备的聚合物/无机物复合纳米纤维可以综合聚合物、无机物和纳米纤维三者的优点,表现出许多特殊的优异性能。介绍了国内外应用静电纺丝技术制备具有优良光学、电学、热学和力学性能的聚合物/无机物复合纳米纤维所取得的最新研究进展,指出了今后的研究热点及主要发展方向。     

静电纺丝技术包埋姜黄素研究进展

静电纺丝作为一种制备纳米纤维的技术越来越受到关注.近年,大量研究利用静电纺丝技术制备含姜黄素的纳米纤维和纳米颗粒.本文介绍静电纺丝的原理和影响因素,以及利用静电喷雾制备包埋姜黄素纳米颗粒的情况.总结姜黄素纳米纤维的制备方法并根据制备纳米纤维的原料(合成高分子和天然高分子)进行分类讨论.论述姜黄素包封的纳米纤维在缓释体系...     

丝素蛋白/聚己内酯共混复合纳米纤维拉伸性能研究

为研究静电纺丝丝素蛋白/聚己内酯共混复合纳米纤维的力学性能,为其在组织工程支架方面的应用提供指导,制备了静电纺丝丝素蛋白/聚己内酯共混复合纳米纤维膜,对其中单根纤维的力学性能进行了直接拉伸测试。测试结果显示了大变形情况下共混静电纺丝纤维的拉伸力学性能特点。通过总结其中的数学规律,进行参数拟合,获得了可应用于静电纺丝膜力学模型研究的应力应变函数。     

静电纺PA 6纳米纤维膜的力学性能研究

利用静电纺丝可形成由纳米级纤维组成的纳米纤维膜,由于该膜孔径小并具有高比表面积和高孔隙率,可用作组织工程支架、传感器感知膜、过滤材料和防护材料等。静电纺纳米纤维膜的力学性能对其适用性和耐用性有重要影响。以PA 6甲酸溶液进行静电纺丝,研究了纺丝液喂入速度和纺丝距离对静电纺PA 6纳米纤维膜力学性能的影响。结果表明:纺丝液喂入速度较低时,形成的纳米纤维膜力学性能差;纺丝距离增大时,纳米纤维膜的断裂强度降低;PA 6溶解于98%甲酸中配制成13%(质量分数)纺丝液,在喷嘴口径0.9 mm、电压30 kV下进行静电纺丝,纺丝液喂入速度在0.2～0.3 ml/h、纺丝距离为8～10 cm时可获得具有良好力学性能的PA 6纳米纤维膜。     

提高静电纺纳米纤维力学性能的方法

针对采用常规静电纺丝方法制得的纳米纤维力学性能相对较差的问题,综述了提高静电纺纳米纤维力学性能的三种方法:提高纳米纤维定向排列程度、提高大分子链取向度和制备加捻纱,可为进一步开发性能优异的静电纺纳米纤维提供参考。     

制备纳米纤维的静电纺丝接收器研究进展

静电纺丝是制备纳米纤维的重要方法,在众多领域具有较强应用价值,引起广泛关注。所得纳米纤维的取向和结构对其性能有重要影响,近年来研究主要集中于如何获得结构不同、形态各异的电纺纤维材料,以满足不同领域的使用要求。接收器作为静电纺丝装置的重要部分,决定电纺纤维的分布与组合。目前,通过对接收器进行改进已经能够制备三种基本结构电纺纤维材料,分别是排列规则纳米纤维线、图案化纳米纤维膜和三维纳米纤维体。本文简述静电纺丝原理,分别对比三种类型纳米纤维结构制备中所采用的不同接收器结构特点和收丝效果。该综述可供纳米纤维材料制备、静电纺丝装置改进和静电纺丝技术应用等研究参考。     

静电纺动物蛋白纳米纤维研究进展

为拓展静电纺纳米纤维的应用领域,拓宽静电纺丝工艺的材料来源,对国内外近期静电纺动物蛋白纳米纤维的研究进展进行了综述。针对目前静电纺丝工艺中有机溶剂使蛋白质变性的问题,介绍了几种取代有机溶剂的方法,并对这些方法的优缺点进行对比,分析认为水溶性聚合物代替有机溶剂的方法更有利于蛋白纳米纤维在生物医药领域应用;讨论了交联改性及共混改性对静电纺动物蛋白纳米纤维力学性能的影响,对静电纺胶原蛋白纳米纤维在生物医药领域的应用进行了总结;最后针对利用静电纺丝技术制备动物蛋白纳米纤维亟待解决的问题以及未来的发展方向进行了展望。     

静电纺取向纳米纤维制备技术的研究进展

传统的非取向静电纺纳米纤维微观结构杂乱,力学性能较差,其应用范围相对较小;而取向纳米纤维具有各向异性的结构和润湿性能,其力学性能、尺寸稳定性和导电率更高,因此,其应用前景更加广泛。系统介绍了近年来国内外制备取向纳米纤维的方法与技术,包括旋转辊轴收集装置、平行排列的电极装置、辅助电极装置和其他一些方法,并深入分析了各种方法的优缺点。分析结果表明,引入辅助电极控制射流的运动,再利用其他装置收集纳米纤维,是目前静电纺取向纳米纤维制备技术发展的方向。     

Fabrication of poly(vinylidenefluoride‐co‐hexafluoropropylene) nanofiber yarns by conjugate electrospinning

Conventional electrospinning is an efficient method to fabricate polymer nanofibers which are usually collected as non‐woven mats. Recently, in order to fabricate a nanofiber yarn, conjugate electrospinning has been developed using coupled spinnerets applied with two high electrical voltages of opposite polarities In this paper, poly(vinylidenefluoride‐co‐hexafluoropropylene) (PVDF‐HFP) nanofiber yarns are prepared by conjugate electrospinning. The effects of the concentration and delivery rate of polymer solution and the distance between coupled spinnerets on the structure of PVDF‐HFP nanofiber yarns are investigated. The structure of the nanofiber yarns is observed by scanning electron microscopy (SEM). The mechanical properties of the nanofiber yarns are measured by electronic fiber strength tester. The results show that the PVDF‐HFP nanofiber yarn consists of a large number of nanofibers aligned well along the longitudinal axis of the yarn, and the nanofibers have diameters ranging from several hundred nanometers to a few microns. The diameter of nanofibers in yarns increases with the increase in the polymer concentration, which significantly affects the structure of nanofiber yarns. The PVDF‐HFP nanofiber yarn electrospun from the polymer solution with a concentration of 45% has the highest tensile strength of 0.25 cN/dtex and an elongation of 180.13%.     

空气过滤用聚丙烯腈静电纺纤维膜的制备及其性能

为开发用于空气过滤的纳米纤维,采用静电纺丝技术制备了聚丙烯腈(PAN)纳米纤维膜,探讨了其纺丝液质量分数及纺丝电压对所纺纤维微观形貌的影响,同时研究了纤维膜厚度对过滤效率和压降的影响。实验结果表明:PAN纺丝液质量分数为12%,纺丝电压为20 k V时,所得纤维粗细均匀,平均直径为230 nm;当纤维膜厚度由18μm增至35μm时,过滤压降则由121.93 Pa升至591.75 Pa,而过滤效率由81.78%升至99.24%。对过滤性能较好的纤维膜分别进行力学性能和泡压法滤膜孔径测试,测得此纤维膜的弹性模量为223.67 MPa,断裂伸长率为51.96%,拉伸断裂应力为5.93 MPa,拉伸强度为7.77 MPa,拉伸屈服应力为2.79 MPa,平均孔径为2.064 3μm。     

聚合物静电纺及在组织工程支架中的应用

1.浙江理工大学材料与纺织学院 浙江杭州310018 ;2.浙江大学高分子复合材料研究所 浙江杭州310027;3.浙江大学教育部高分子合成与功能构造重点实验室 浙江杭州310027     

丝素蛋白纳米纤维非织造布及其在组织工程中的应用研究

丝素蛋白水溶液经过静电纺丝制得纳米纤维非织造布,经甲醇浸渍后,对其结构形态和力学性能进行了对比研究;以甲醇浸渍后的丝素蛋白纳米纤维非织造布作为生物工程支架材料,体外接种内皮细胞,研究了细胞在材料表面的粘附和增殖情况,并对材料在生物工程领域的应用进行了探讨。     

静电纺纳米纤维纱线研究进展

为拓展静电纺纳米纤维的应用领域,提高静电纺纳米纤维的力学性能,对国内外近期静电纺纳米纤维纱线的研究进展进行了综述。按照加捻方式的不同,将纤维加捻方法分为流场加捻、电场加捻和机械加捻,详细介绍了几种加捻方法,并对这些方法制备的纱线的性能参数以及方法的优劣进行了对比;讨论了静电纺丝工艺参数对纱线力学性能的影响,并介绍了几种提高纳米纤维纱线力学性能的方法;对静电纺纳米纤维纱线在智能化织物、生物工程以及电子器件领域的应用进行了总结;最后针对静电纺纳米纤维纱线中存在的问题以及未来的发展趋势进行了分析。     

纳米纤维基催化材料的制备及其在环境领域中的应用研究进展

纳米粒子催化剂具有优异的催化活性,但在使用时其易团聚且回收较为困难。鉴于此,以纳米纤维为载体,将纳米粒子催化剂负载于纳米纤维上制得纳米纤维基催化材料,从而有效解决了纳米粒子催化剂的回收难题。为更好了解纳米纤维基催化材料的制备及应用研究进展,综述了近年来纳米纤维基催化材料的制备方法和工艺流程,介绍了纳米纤维基催化材料在催化染料降解、有机物降解、重金属离子还原等领域的应用研究进展。最后指出：纳米纤维基催化材料具有催化活性高、催化剂易回收等优点,但仍存在力学性能差和制备效率低的缺点,尚无法满足大规模实际应用;为满足实际应用,提高纳米纤维基催化材料力学性能,寻求批量化制备工艺,是未来研究的重点。     

静电纺丝和炭化法制备纳米纤维素储能材料研究进展

为促进纳米纤维素材料在储能领域的应用,综述了以其为原料,采用静电纺丝和炭化技术以及2种方法结合制备用于电池和超级电容器等电极材料和隔膜材料的工艺。通过分析发现:静电纺纳米纤维素材料具有电化学性能优异、柔性较好等优点,可用作增强材料与导电材料复合使用;炭化处理纳米纤维素材料具有独特微孔结构,比表面积大等特点,其存在的形态主要有气凝胶、纳米纤维膜及薄膜等;重点分析了2种方法叠加制备纳米纤维素材料在储能领域应用中存在的问题;提出构建环保、形态结构多样的天然基材储能器件是未来的发展方向,指出静电纺丝和炭化制备纳米纤维素材料在柔性储能器件和小巧型移动端储能设备中具有较好应用前景。