聚丙烯腈纳米纤维的高效制备及结晶取向性能

分别采用传统静电纺丝装置和自行搭建的离心-静电纺丝装置制备出聚丙烯腈(PAN)纳米初生纤维,并在热空气浴中和一定外力作用下进行牵伸,牵伸后使其伸长至原长的1倍到3倍.通过广角X射线衍射(WAXD)、扫描电子显微镜(SEM)等方法对2种纺丝方法制备的PAN纳米初生纤维及经过热空气浴牵伸后的PAN纳米纤维的晶态结构、取向及形貌等进行了表征.研究表明:(1)离心-静电纺丝效率远高于静电纺丝,可达静电纺丝的120倍(离心-静电纺丝纺丝液流速为2 m L/min,静电纺丝纺丝液流速1 m L/h);(2)无论是离心纺丝还是静电纺丝制得的纳米初生纤维结晶度均很低(离心纺丝为25%,静电纺丝为10.1%),但离心纺丝制得的纳米初生纤维有一定的取向(60.5%),而静电纺丝基本没有;(3)经过热空气浴牵伸后,2种纺丝方式制得的纳米纤维结晶度均有所提高(分别为45.8%和36.2%),取向度也有所提高(分别为72.5%和59.8%),随着牵伸温度的提高和牵伸应力的增大,纤维的平均直径不断减小(离心纺丝由675 nm降至510 nm,静电纺丝由460 nm降至355 nm).纳米纤维在制备过程晶态结构及取向的效果有限,但通过热空气浴牵伸可以使晶态结构及取向得到进一步完善.