静电纺丝法制备PI/MOF-808混合基质膜及其性能研究
发布时间：2021-02-07 13:57
聚酰亚胺（PI）是一种热稳定性突出,综合性能优异的的高分子聚合物,在日常生活、工业生产、国防航天等领域都有广泛的应用[1]。静电纺丝技术能够制备出连续的纳米级纤维,操作工艺方便,制备原料十分多样[2]。利用静电纺丝法制备PI纤维薄膜（微观结构为纳米级纤维,宏观结构为薄膜）可以极大的提高PI薄膜的比表面积及吸液率,但由于纤维之间散搭在一起,所以力学性能极大降低,应用受到限制,如何提升其力学性能是目前遇到的难题。金属有机骨架材料（MOFs）是目前十分热门的多孔材料[3],相较于传统多孔材料,它的比表面积更大,孔隙率更高,在气体分离[4]、催化和提纯等方面有独特应用,并且由于其兼有有机材料和无机材料的特性,常作为添加剂制备复合材料。通过引入MOFs,改善纤维松散的连接状态,提升PI纤维薄膜的综合性能。主要研究内容及结果如下:（1）以均苯四甲酸二酐（PMDA）、4,4’-二氨基二苯醚（ODA）为原料,利用静电纺丝法制备PI纳米纤维薄膜（微观结构为纤维,宏观结构为薄膜）。探究溶剂、固含量和静电纺丝工艺参数对纤维形貌的影响。通过改变工艺参数可以实现对纤维形貌的调控。（2）在静电纺丝工艺下,探究PI...
【文章来源】：中北大学山西省
【文章页数】：76 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
酰亚胺化的反应方程式Figure2-2Imidizationreactionequation
中北大学学位论文PAA分子链[61]。固含量增加，溶剂的含量就较少，分子链之间距离减小，缠绕程度增加。选择不同固含量的PAA溶液进行纺丝，其它工艺参数统一为：电压为20kV，纺丝距离16cm，喷丝速率0.8mL/h，接收辊旋转速度为200r/min。对得到的PAA纤维薄膜热酰亚胺化处理，得到PI纤维薄膜。图2-3是不同固含量下静电纺丝制备的PI纤维薄膜表面3000倍SEM图像。图（a）、（b）、（c）、（d）分别对应PAA固含量为8%、12%、16%、20%。从图2.3（b）、（c）、（d）中可以明显的看出，PI纤维的平均直径随着固含量的增加而增大。随着PAA溶液固含量增大，纤维中的串珠结构明显减少，PAA固含量为16%和20%的纤维形态较好，几乎没有珠状物产生。图2-3不同固含量下PI纤维SEM图Figure2-3SEMimagesofPIfibersatdifferentsolidcontentsPAA中含有极性基团（-COOH）和非极性基团（-CH），符合Gibbs表面张力类型2特点，即PAA溶液表面的张力随着溶液固含量（浓度）的增加而降低。静电纺丝过程20%12%(a)(b)(c)16%(d)8%13
中北大学学位论文结合表2-4和图2-5显示，当电压由16kV升高到22kV时，静电纺丝得到的纤维平均直径逐渐减小，由875nm减小到610nm，说明在本实验条件下，电压增大对纤维的拉伸作用起主导作用，对纤维的加速作用不明显，从而使得纤维直径减校在纺丝电压20kV和22kV时，纤维直径分布离散程度较大，标准差分别为63nm和96nm，说明电压升高，纳米纤维膜直径均一度降低。在实验过程中也发现，电压较高时，纺丝大幅度上下摆动导致沾到静电纺丝机的顶部和四周，影响最终纤维的收集。这是由于电压升高，纺丝受到的牵引力增大，摆动不稳定性增强。因此，在本实验室条件下，纺丝电压的升高会导致静电纺丝制备的纳米纤维直径变细，并且增加纤维直径分布离散程度。图2-4不同电压下PI纤维SEM图Figure2-4SEMimagesofPIfibersatdifferentvoltages16kV22kV20kV18kV(a)(c)(d)(b)15
【参考文献】：
期刊论文
[1]新型三联苯刚性二胺合成及透明聚酰亚胺应用[J]. 蒋建军,姜鹏飞,鲁峰,屠国力. 光电技术应用. 2020(02)
[2]PI纤维在空间带电粒子辐照下的力学性能损伤[J]. 琚丹丹,王馨敏,孙承月,王豪,吴宜勇,董志鑫,刘刚,潘阳阳,邱雪鹏. 装备环境工程. 2020(03)
[3]高阻隔聚酰亚胺的研究进展[J]. 唐傲,谭井华,刘亦武. 云南化工. 2020(03)
[4]一种高频高速挠性覆铜板的研制[J]. 付志强,昝旭光,伍宏奎,茹敬宏. 印制电路信息. 2020(03)
[5]聚酰亚胺电纺纤维膜的结构调控与性能研究[J]. 李彦明,晁敏,蒋润凯,穆志豪,周振君,颜录科. 化工新型材料. 2020(02)
[6]高过滤性能石墨烯复合纳米纤维膜的制备及性能[J]. 王瑞卓,王玉红,詹天航,李新伟,杨文秀. 产业用纺织品. 2020(01)
[7]高储能密度聚酰亚胺/钛酸钡/水滑石复合薄膜的制备与性能[J]. 李芙蓉,赵剑英,郭海泉,高连勋. 高分子学报. 2020(03)
[8]聚偏氟乙烯/铌酸锂复合驻极纳米纤维膜的制备及其空气过滤性能[J]. 李梦营,邵伟力,喻红芹,翁凯,张景. 上海纺织科技. 2019(11)
[9]静电纺丝交联凝胶聚合物电解质的制备与表征[J]. 陈云妮,肖琴,李青音,任世杰. 高分子学报. 2020(02)
[10]一种新型结构聚酰亚胺的合成与表征[J]. 吕凯,贺飞峰,邱孜学. 上海化工. 2019(08)
博士论文
[1]6FDA-TFDB聚酰亚胺溶液标度行为的溶剂和分子量依赖性[D]. 陈洪祥.中国科学技术大学 2019
[2]聚酰亚胺高频绝缘特性与沿面放电演化过程研究[D]. 刘涛.华北电力大学(北京) 2019
[3]含苯并咪唑基团的聚酰亚胺树脂及其碳纤维复合材料的研究[D]. 周宇.吉林大学 2014
[4]多孔MOFs材料的合成及性能研究[D]. 张光菊.苏州大学 2014
[5]基于刚性配体和模板效应构筑的MOF孔道材料[D]. 郝向荣.东北师范大学 2012
[6]新型金属有机骨架的合成、结构表征及催化性能[D]. 魏文英.天津大学 2005
硕士论文
[1]涂层与聚酰亚胺基体界面粘附及增强机制研究[D]. 田晓娟.烟台大学 2019
[2]聚酰亚胺/纤维素锂电池隔膜纸的纸页结构及性能研究[D]. 王姗姗.齐鲁工业大学 2019
[3]基于离子液体的功能化复合隔膜研究[D]. 刘晓霞.中国科学院大学(中国科学院过程工程研究所) 2019
[4]聚酰亚胺在锂离子电池负极材料中的应用及其电化学性能研究[D]. 眭玲.江西师范大学 2019
[5]可交联聚酰亚胺和含MOF的混合基质膜制备及气体分离性能研究[D]. 王伟婷.吉林大学 2019
[6]激光碳化聚酰亚胺制备多级结构碳阵列及其在压阻传感中的应用研究[D]. 段晓爽.苏州大学 2019
[7]超支化聚酰亚胺的合成与气体分离性能研究[D]. 袁晓旭.天津理工大学 2019
[8]微乳液滴模板法构筑聚酰亚胺多孔复合薄膜及其性能研究[D]. 徐乐.哈尔滨理工大学 2019
[9]聚酰亚胺前驱体水凝胶的制备与表征[D]. 郑帅.哈尔滨理工大学 2019
[10]多级孔密胺与催化膜的制备和CO2催化性能研究[D]. 张天琪.天津工业大学 2019
本文编号：3022331
【文章来源】：中北大学山西省
【文章页数】：76 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
酰亚胺化的反应方程式Figure2-2Imidizationreactionequation
中北大学学位论文PAA分子链[61]。固含量增加，溶剂的含量就较少，分子链之间距离减小，缠绕程度增加。选择不同固含量的PAA溶液进行纺丝，其它工艺参数统一为：电压为20kV，纺丝距离16cm，喷丝速率0.8mL/h，接收辊旋转速度为200r/min。对得到的PAA纤维薄膜热酰亚胺化处理，得到PI纤维薄膜。图2-3是不同固含量下静电纺丝制备的PI纤维薄膜表面3000倍SEM图像。图（a）、（b）、（c）、（d）分别对应PAA固含量为8%、12%、16%、20%。从图2.3（b）、（c）、（d）中可以明显的看出，PI纤维的平均直径随着固含量的增加而增大。随着PAA溶液固含量增大，纤维中的串珠结构明显减少，PAA固含量为16%和20%的纤维形态较好，几乎没有珠状物产生。图2-3不同固含量下PI纤维SEM图Figure2-3SEMimagesofPIfibersatdifferentsolidcontentsPAA中含有极性基团（-COOH）和非极性基团（-CH），符合Gibbs表面张力类型2特点，即PAA溶液表面的张力随着溶液固含量（浓度）的增加而降低。静电纺丝过程20%12%(a)(b)(c)16%(d)8%13
中北大学学位论文结合表2-4和图2-5显示，当电压由16kV升高到22kV时，静电纺丝得到的纤维平均直径逐渐减小，由875nm减小到610nm，说明在本实验条件下，电压增大对纤维的拉伸作用起主导作用，对纤维的加速作用不明显，从而使得纤维直径减校在纺丝电压20kV和22kV时，纤维直径分布离散程度较大，标准差分别为63nm和96nm，说明电压升高，纳米纤维膜直径均一度降低。在实验过程中也发现，电压较高时，纺丝大幅度上下摆动导致沾到静电纺丝机的顶部和四周，影响最终纤维的收集。这是由于电压升高，纺丝受到的牵引力增大，摆动不稳定性增强。因此，在本实验室条件下，纺丝电压的升高会导致静电纺丝制备的纳米纤维直径变细，并且增加纤维直径分布离散程度。图2-4不同电压下PI纤维SEM图Figure2-4SEMimagesofPIfibersatdifferentvoltages16kV22kV20kV18kV(a)(c)(d)(b)15
【参考文献】：
期刊论文
[1]新型三联苯刚性二胺合成及透明聚酰亚胺应用[J]. 蒋建军,姜鹏飞,鲁峰,屠国力. 光电技术应用. 2020(02)
[2]PI纤维在空间带电粒子辐照下的力学性能损伤[J]. 琚丹丹,王馨敏,孙承月,王豪,吴宜勇,董志鑫,刘刚,潘阳阳,邱雪鹏. 装备环境工程. 2020(03)
[3]高阻隔聚酰亚胺的研究进展[J]. 唐傲,谭井华,刘亦武. 云南化工. 2020(03)
[4]一种高频高速挠性覆铜板的研制[J]. 付志强,昝旭光,伍宏奎,茹敬宏. 印制电路信息. 2020(03)
[5]聚酰亚胺电纺纤维膜的结构调控与性能研究[J]. 李彦明,晁敏,蒋润凯,穆志豪,周振君,颜录科. 化工新型材料. 2020(02)
[6]高过滤性能石墨烯复合纳米纤维膜的制备及性能[J]. 王瑞卓,王玉红,詹天航,李新伟,杨文秀. 产业用纺织品. 2020(01)
[7]高储能密度聚酰亚胺/钛酸钡/水滑石复合薄膜的制备与性能[J]. 李芙蓉,赵剑英,郭海泉,高连勋. 高分子学报. 2020(03)
[8]聚偏氟乙烯/铌酸锂复合驻极纳米纤维膜的制备及其空气过滤性能[J]. 李梦营,邵伟力,喻红芹,翁凯,张景. 上海纺织科技. 2019(11)
[9]静电纺丝交联凝胶聚合物电解质的制备与表征[J]. 陈云妮,肖琴,李青音,任世杰. 高分子学报. 2020(02)
[10]一种新型结构聚酰亚胺的合成与表征[J]. 吕凯,贺飞峰,邱孜学. 上海化工. 2019(08)
博士论文
[1]6FDA-TFDB聚酰亚胺溶液标度行为的溶剂和分子量依赖性[D]. 陈洪祥.中国科学技术大学 2019
[2]聚酰亚胺高频绝缘特性与沿面放电演化过程研究[D]. 刘涛.华北电力大学(北京) 2019
[3]含苯并咪唑基团的聚酰亚胺树脂及其碳纤维复合材料的研究[D]. 周宇.吉林大学 2014
[4]多孔MOFs材料的合成及性能研究[D]. 张光菊.苏州大学 2014
[5]基于刚性配体和模板效应构筑的MOF孔道材料[D]. 郝向荣.东北师范大学 2012
[6]新型金属有机骨架的合成、结构表征及催化性能[D]. 魏文英.天津大学 2005
硕士论文
[1]涂层与聚酰亚胺基体界面粘附及增强机制研究[D]. 田晓娟.烟台大学 2019
[2]聚酰亚胺/纤维素锂电池隔膜纸的纸页结构及性能研究[D]. 王姗姗.齐鲁工业大学 2019
[3]基于离子液体的功能化复合隔膜研究[D]. 刘晓霞.中国科学院大学(中国科学院过程工程研究所) 2019
[4]聚酰亚胺在锂离子电池负极材料中的应用及其电化学性能研究[D]. 眭玲.江西师范大学 2019
[5]可交联聚酰亚胺和含MOF的混合基质膜制备及气体分离性能研究[D]. 王伟婷.吉林大学 2019
[6]激光碳化聚酰亚胺制备多级结构碳阵列及其在压阻传感中的应用研究[D]. 段晓爽.苏州大学 2019
[7]超支化聚酰亚胺的合成与气体分离性能研究[D]. 袁晓旭.天津理工大学 2019
[8]微乳液滴模板法构筑聚酰亚胺多孔复合薄膜及其性能研究[D]. 徐乐.哈尔滨理工大学 2019
[9]聚酰亚胺前驱体水凝胶的制备与表征[D]. 郑帅.哈尔滨理工大学 2019
[10]多级孔密胺与催化膜的制备和CO2催化性能研究[D]. 张天琪.天津工业大学 2019
本文编号：3022331
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