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纳米蛛网纤维材料的可控构筑与应用

材料导报 2019年第5期33卷 907-916页

作者：刘兆麟河北科技大学纺织服装学院石家庄050018

静电纺丝技术以可纺原料广泛、工艺调控灵活、纺丝成本低廉等优点,已成为有效制备纳米纤维材料的重要方法之一。常规静电纺纤维的直径大多分布在100～500 nm之间,只属于纳米级纤维,并非真正的纳米材料,而仅当纤维的直径低于50 nm时其才... 详细信息

静电纺丝技术以可纺原料广泛、工艺调控灵活、纺丝成本低廉等优点,已成为有效制备纳米纤维材料的重要方法之一。常规静电纺纤维的直径大多分布在100～500 nm之间,只属于纳米级纤维,并非真正的纳米材料,而仅当纤维的直径低于50 nm时其才具有显著的纳米效应。但就现有静电纺丝技术而言,难以实现50 nm以下纳米纤维的宏量制备,从而制约了其进一步的发展应用。纳米蛛网纤维是在静电纺丝过程中偶然获得的一种新型二维网状材料,其以常规静电纺纤维为支架,具有类似蜘蛛网、肥皂泡的六边形网孔结构,网状纤维直径可达5～50 nm,较常规电纺纤维低一个数量级。纳米蛛网不仅具备普通纳米纤维的优点,还展现出以下四方面特性:(1)超细的蛛网直径;(2)极高的孔隙率和多尺度的孔径分布;(3)稳定的Steiner最小树网孔结构;(4)可控的蛛网覆盖率。纳米蛛网独特的结构和性质引起了研究者的广泛关注,已成为近年来纳米材料科学领域的研究热点。目前,研究者制备出了以聚酰胺6(PA6)、聚丙烯酸(PAA)、聚乙烯醇(PVA)、聚丙烯腈(PAN)、聚氨酯(PU)、壳聚糖(CS)、卵磷脂等为聚合物模板的一系列纳米蛛网纤维材料,并提出了离子诱导纤维分裂成形、分子间氢键成形、次级射流缠绕成形、带电小液滴相分离成形等四种纳米蛛网成形机制。然而,纳米蛛网形态结构的精细调控十分复杂,对纺丝液本征属性(浓度、电导率、表面张力、溶剂组成)、加工参数(电压、接收距离)和环境因素(温度、相对湿度)具有高度敏感性和依赖性,导致实际纺丝过程中能否形成蛛网仍存在较大的偶然性;另一方面,有关纳米蛛网成形理论尚无统一而明确的机制。因此,需要对该材料进行全面的总结与分析,以期推动纳米蛛网纤维的可控构筑与深度开发。本文阐述了纳米蛛网的基本特征,探讨了纳米蛛网形态生成与演变的四种机理,系统研究了原液特性、工艺参数和环境条件对其形态结构的影响规律,并对纳米蛛网在精细过滤、传感器、组织工程、高性能防护服等领域的应用进行了介绍,最后提出了今后的研究展望。

关键词：纳米蛛网形态特征成形机理结构调控特效应用

静电纺串珠纤维形貌结构及载药性能的研究进展

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材料导报 2017年第3期31卷 21-25页

作者：刘兆麟河北科技大学纺织服装学院石家庄050018

药物突释现象是阻碍静电纺载药纳米纤维发展的瓶颈,静电纺串珠结构纳米纤维可以通过珠粒有效担载药物,为解决药物的存储和控释问题提供了新思路。然而,串珠纤维的结构影响因素复杂,制备过程不稳定,因此,对串珠纤维形貌结构的调控及药物... 详细信息

药物突释现象是阻碍静电纺载药纳米纤维发展的瓶颈,静电纺串珠结构纳米纤维可以通过珠粒有效担载药物,为解决药物的存储和控释问题提供了新思路。然而,串珠纤维的结构影响因素复杂,制备过程不稳定,因此,对串珠纤维形貌结构的调控及药物担载性能的研究越来越受到关注。对比了静电纺串珠纤维的各种不同形态,指出能够实现载药功能的串珠纤维应具备的形态特征,探讨了静电纺串珠纤维的成形机制,系统地分析了溶液性质和纺丝工艺参数对串珠纤维形貌结构的影响,并介绍了串珠纤维对药物的存储、释放性能。

关键词：静电纺串珠纤维形态特征成形机制形貌调控载药性能

PP/PMIA@PVDF-HFP纳米纤维复合滤材的制备及性能

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高等学校化学学报 2023年第12期44卷 165-173页

作者：马文龙郭状张威陈明星河北科技大学纺织服装学院河北省纺织服装技术创新中心石家庄050018

随着空气污染的日益严重,高效低阻空气过滤材料的开发成为研究热点.为了提高聚丙烯(PP)熔喷过滤材料的过滤性能,本文以PP熔喷过滤材料为基材,聚偏氟乙烯-六氟丙烯(PVDF-HFP)为皮层,聚间苯二甲酰间苯二胺(PMIA)为芯层,采用同轴静电纺丝... 详细信息

随着空气污染的日益严重,高效低阻空气过滤材料的开发成为研究热点.为了提高聚丙烯(PP)熔喷过滤材料的过滤性能,本文以PP熔喷过滤材料为基材,聚偏氟乙烯-六氟丙烯(PVDF-HFP)为皮层,聚间苯二甲酰间苯二胺(PMIA)为芯层,采用同轴静电纺丝技术制备了具有高效低阻特性的PP/PMIA@PVDF-HFP纳米纤维复合滤材,研究了纺丝工艺和热处理等对滤材形貌、孔径、透气性和过滤性能的影响.在高温作用下,耐高温性能优异的芯层组分PMIA可以保持原有形态,而低熔点的皮层组分PVDF-HFP将会熔融,进而将纳米纤维粘结在一起.因此,通过热处理的方式可以实现纳米纤维膜孔结构的调控,并提高复合纤维滤材对空气中微小颗粒物的拦截能力.结果表明,当静电纺丝时间为60min时,热处理后PP/PMIA@PVDF-HFP纳米纤维复合滤材孔隙率稳定在约75%,平均孔径为2.58μm,透气率为132.74mm/s;对粒径<2.5μm的固体颗粒物(PM2.5)的过滤效率可达97.67%,过滤阻力仅为45.1Pa,综合性能较优,且在不同风速、不同颗粒物浓度和长时间使用等条件下仍能保持优异的过滤性能.

关键词：熔喷聚丙烯纳米纤维聚间苯二甲酰间苯二胺复合滤材空气过滤

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碳纤维二维编织管状织物的编织工艺

纺织学报 2018年第6期39卷 64-69页

作者：马晓红檀江涛秦志刚河北科技大学纺织服装学院河北石家庄050018

针对碳纤维在二维编织过程中不耐扭折、易受损断纱的问题,通过拉伸性能实验和导纱瓷眼折角磨损实验分析了碳纤维复丝的可编织性能,探讨了纱管在缠绕过程中应注意的问题。在24锭二维编织机上编织了8种不同工艺参数的碳纤维管状编织物,研... 详细信息

针对碳纤维在二维编织过程中不耐扭折、易受损断纱的问题,通过拉伸性能实验和导纱瓷眼折角磨损实验分析了碳纤维复丝的可编织性能,探讨了纱管在缠绕过程中应注意的问题。在24锭二维编织机上编织了8种不同工艺参数的碳纤维管状编织物,研究了编织工艺对织物外观起毛情况及力学性能的影响。结果表明:碳纤维复丝的断裂强度为86.39 c N/tex,断裂伸长率为1.12%,断裂强度远高于其他纤维,但延伸性差;影响碳纤维复丝在导纱瓷眼处折角磨损程度的因素依次为牵引力、折角、编织速度;在编织纱线根数不变的情况下,随编织节距的减小,管状编织物的面密度逐渐增加,起毛现象严重,编织物的拉伸断裂强力降低。

关键词：碳纤维二维编织管状织物折角磨损实验编织工艺 24锭二维编织机

聚偏氟乙烯-六氟丙烯纳米纤维膜3D微/纳米串珠构建及性能

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高分子材料科学与工程 2023年第9期39卷 54-61页

作者：张钰陈明星王琦王新亚张威潘英爽时庆瑞河北科技大学纺织服装学院河北省纺织服装技术创新中心河北石家庄050018

文中以聚偏氟乙烯-六氟丙烯(PVDF-HFP)为成纤聚合物、SiO_(2)为无机添加剂,通过静电纺丝法与静电喷涂法制备了PVDF-HFP/(PVDF-HFP/SiO_(2))复合纳米纤维膜,并研究了SiO_(2)添加量和喷涂时间对其结构和性能的影响。结果发现,所得复合纳... 详细信息

文中以聚偏氟乙烯-六氟丙烯(PVDF-HFP)为成纤聚合物、SiO_(2)为无机添加剂,通过静电纺丝法与静电喷涂法制备了PVDF-HFP/(PVDF-HFP/SiO_(2))复合纳米纤维膜,并研究了SiO_(2)添加量和喷涂时间对其结构和性能的影响。结果发现,所得复合纳米纤维膜由下层PVDF-HFP纳米纤维和上层PVDF-HFP/SiO_(2)微/纳米串珠构成。当SiO_(2)质量分数为2%、喷涂时间为2 h时,所得膜的水接触角高达123°,具有优异的疏水性,呈现出优异的油水分离性能,分离通量可达9800 L/(m^(2)·h),分离效率大于99%。此外,所得膜循环使用10次后分离效率仍可达98%以上。

关键词：聚偏氟乙烯-六氟丙烯复合纳米纤维膜静电纺丝法静电喷涂法

ZIFs改性聚丙烯熔喷空气过滤材料的制备及其性能研究

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高分子学报 2023年第4期54卷 509-519页

作者：郝天煦张威王新亚陈明星河北科技大学纺织服装学院、河北省纺织服装技术创新中心石家庄050018

高效空气过滤材料的开发对于空气污染治理具有重要意义.然传统熔喷空气过滤材料过滤性能稳定性差,限制了其应用.本文以PP熔喷空气过滤材料为基体,通过原位生长的方式在其表面构筑类沸石咪唑酯骨架结构材料(ZIF-L)功能层,制备具有微/纳... 详细信息

高效空气过滤材料的开发对于空气污染治理具有重要意义.然传统熔喷空气过滤材料过滤性能稳定性差,限制了其应用.本文以PP熔喷空气过滤材料为基体,通过原位生长的方式在其表面构筑类沸石咪唑酯骨架结构材料(ZIF-L)功能层,制备具有微/纳结构的PP/ZIF-L熔喷过滤材料.ZIF-L的原位生长可以有效调控PP熔喷非织造材料结构和性能,进而有效解决PP熔喷空气过滤材料过滤稳定性差、不可重复利用的缺点.通过多种表征手段和测试方法研究了ZIF-L的原位生长对PP熔喷空气过滤材料结构和性能的影响.结果表明,ZIF-L的原位生长可有效提升PP熔喷空气过滤材料的过滤性能,其对PM2.5的过滤效果可从55.2%提升至93.2%.此外,PP/ZIF-L熔喷空气过滤材料具有优异的可重复使用性,经过75%医用酒精消毒后,过滤效率基本不变,依然保持在92.4%,并且在不同颗粒物大小,不同颗粒物浓度,不同风速和长时间使用等条件下依然保持优异过滤性能.所制备PP/ZIF-L熔喷空气过滤材料在空气过滤领域具有广阔的应用前景,可为高性能PP熔喷非织造滤料的制备提供一定参考.

关键词：原位生长类沸石咪唑酯骨架结构材料聚丙烯熔喷过滤材料单宁酸空气过滤性能