典型材料的熔体静电纺丝研究.pdf

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1、24工程塑料应用2010年，第38卷，第3期典型材料的熔体静电纺丝研究郝明凤刘勇邓荣坚丁玉梅韩凌攀杨卫民(1．北京化工大学机电工程学院，北京100029；2．jB京航空航天大学机械工程及自动化学院，j￡京100191)摘要采用自制的熔体静电纺丝设备，针对工业上常用于纤维制造的几种典型材料[聚酰胺(PA)、聚对苯二甲酸乙二酯(PET)、聚乳酸(PLA)、聚己内酯(PCL)]，分别进行熔体静电纺丝研究，并成功制得性能较好的纤维。通过大量实验发现，PA6纺丝前需要彻底的干燥，并且干燥温度最好低于130℃；PET对温度

2、敏感，是很好的纺丝原料；PLA很容易降解，应尽量避免高温加工(230℃以下为宜)；PCL粘度很大，纺丝纤维极易粘连，不适合直接用于熔体的静电纺丝。‘关键词聚酰胺聚对苯二甲酸乙二酯熔体静电纺丝纤维2006年世界塑料产量达24500万t，其中15％物降解性、力学性能、药物通过性和生物相容性，其以上用于合成纤维的生产J。在合成纤维工业中，降解产物对人体无毒。目前该材料已经获得美国聚对苯二甲酸乙二酯(PET)和尼龙(PA)是最重要FDA的批准，广泛应用于骨折固定材料、手术缝线、的聚合物。在过去几年里，生物聚合物[聚乳酸

3、医用敷料、药物控释材料和组织工程支架材料等领(PLA)、聚己内酯(PCL)]等用于纤维改性也受到越域。来越多的关注。上述的几种典型常用纤维，性能良好，纤维利用PA主要用于合成纤维，其最突出的优点是耐磨空间大，但是，目前没有实现熔体静电纺丝的工业性高于其它常见纤维，比棉花耐磨性高lO倍，比羊化。毛高20倍，在混纺织物中加入少量PA纤维，可大如果能通过熔体静电纺丝装置，实现这几种典大提高其耐磨性；当拉伸至3％一6％时，弹性回复型纤维的工业化生产，必将给纤维业带来前所未有率可达100％；能经受上万次折挠而不断裂。此外

4、，的蓬勃发展。熔体静电纺丝的原理是在聚合物溶液PA纤维的强度比棉花高1～2倍，比羊毛高4—5上加上几千到几万伏的高压静电，溶液表面聚集电倍，是粘胶纤维的3倍，其综合性能良好，弹性好，悬荷，在高压静电场作用下产生与表面张力相反的电垂性好，价格较高。聚对苯二甲酸乙二酯(PET)纤场力，电场力驱使溶液在毛细管末端拉伸成一个锥维的断裂强度为4．2～5．7cN／dtex，断裂伸长率为形，当电场力足够大时，聚合物液滴可克服表面张力35％～50％，初始拉伸弹性模量为22～44cN／dtex，形成喷射细流。细流在喷射过程中溶剂

5、蒸发或固其变形回复性好，耐磨性好，弹性好，强力高，绝缘性化，最终落在接收装置上，形成纳米纤维J。好，耐老化性能较好。聚乳酸(PLA)纤维是以玉米、静电纺丝方法与所有其它制备纳米纤维的方法小麦等淀粉为原料，经发酵转化成乳酸，再经聚合、相比较简单，被公认是目前制备超细纤维和纳米纤纺丝制成。其在土壤或水中，在微生物的作用下会维最有效、最简单的方法。通过该法可以制备出小分解成CO和水，随后在光合作用下，又成为淀粉的至几十纳米的纤维。然而，人们一直以来都把注意起始原料。由于这是一个循环的过程，所以很多专力放在溶液静电纺丝

6、上，而溶液静电纺丝必须使用家把PLA纤维称为“21世纪的环境循环材料”。聚溶剂，并会出现一系列的问题。笔者研究的熔体静己内酯(PCL)纤维的断裂强度和断裂伸长率与涤纶电纺丝方法是一种比溶液静电纺丝更经济、更环保、相近，但模量小(与锦纶相近)，属于高强、中伸、低更安全的制备超细纤维方法。熔体静电纺丝过程没模型纤维，制成的织物强力高、延伸性好、手感柔软、有溶剂的蒸发，几乎100％的原料都转化成产品，实悬垂性好、回弹性好J。PCL纤维属轻质纤维，被水现了零损失，与溶液静电纺丝相比其效率可大幅度打湿后干得较快，没有粘糊

7、发重的感觉；有很好的导提高。该方面的研究空间巨大，潜力无穷。笔者就湿透气性及良好的穿用舒适性J。PCL是一种生物这几种最常用的材料，进行实验研究，通过自制熔体可降解的高分子材料，在土壤和水环境中，6～12月可完全分解成CO：和HO，具有良好的热稳定性、生收稿13期：2009-12—14郝明凤，等：典型材料的熔体静电纺丝研究静电纺丝装置，将喷头接地，接收装置与高压电源的正极相接。确定出各个材料的纺丝条件，为实现熔体静电纺丝的工业化奠定基础、提供数据。1实验部分1．1原材料PA6：1030B，日本宇部兴产公司；PE

8、T：63一SD，中石化北京燕化石油化工股份有1一喷孔；2—锥体；3一纤维；4一配合锥体；5一切平面；限公司；，6～倒角；7一喷丝锥体；8一配合锥面；9一大端圆周；PLA：2002D，美国NatureWorksLLC公司；a一组装图Ib一轴测图PCL：平均分子量40000，深圳市光华伟业实业图3高效喷头的组装图及轴测图有限公司。1．3试样制备1．2实验设备、仪器将PA6、PET、PLA、