静电纺聚氨酯防水透湿纳米纤维功能膜的研究

发布时间：2018-01-28 03:02

本文关键词： 聚氨酯静电纺丝孔径孔隙率水接触角透湿量透气率　出处：《浙江理工大学》2017年硕士论文　论文类型：学位论文

【摘要】：本文采取静电纺丝的方式制备聚氨酯纳米纤维膜,研究并实现其防水透湿功能。为了研究溶剂对聚氨酯纳米纤维的影响,运用热力学及高分子溶液理论研究溶液的溶液性质,如:溶解度参数,溶剂的介电常数及偶极矩。这些性质会进一步影响溶液粘度、电导率、高分子-溶剂间相互作用和表面张力。通过静电纺聚氨酯溶液得到聚氨酯纳米纤维膜,研究溶剂对纳米纤维膜形貌结构及力学性能的影响,对其进行SEM和力学拉伸等表征,SEM图片结果显示当N,N-二甲基甲酰胺/丙酮的体积比为75/25时得到的聚氨酯纳米纤维膜最规则,纤维最均匀。此比例下得到的纳米纤维较细且纤维间的直径大小分布最窄。从纳米纤维膜应力-应变曲线可以发现,纳米纤维膜的应力及应变随混合溶剂中DMF比例降低而增大,当N,N-二甲基甲酰胺/丙酮为75/25时,得到的应力及应变分别为6.45 MPa和272.5%。聚氨酯纳米纤维直径粗细对纳米纤维膜防水透湿功能影响较大,本文通过改变纺丝浓度、纺丝电压及纺丝接收距离调控聚氨酯纳米纤维直径,采用扫描电镜与Image-Pro?Plus测试软件对纤维直径进行分析。通过对聚氨酯浓度、纺丝电压、纺丝距离的调控得到了形貌规整,纳米纤维直径分别为300±20 nm、350±20 nm、400±20 nm、450±20 nm及500±20 nm的纳米纤维。利用气体渗透法孔径分析仪、浸润称重法、光学接触角测定仪、织物透湿仪及透气性测试仪,探索聚氨酯纳米纤维直径对防水透湿功能的影响。结果表明:纤维直径的变化显著影响纳米纤维膜的孔径大小及孔隙结构,孔径大小随纤维直径变细而减小,孔隙率随纤维直径变细而增大。当直径为300±20 nm时,孔径与孔隙率分别是0.7014μm与68.23%;纳米纤维膜的静态水接触角、透湿量与透气率都随纤维直径增大呈增大趋势。当纤维直径为300±20nm时,得到的静态水接触角、透湿量及透气率分别为124.75°、5773 g/m~2·24h及14.49 mm/s,且静态水接触角经过60 min静置后仍大于90°。得到的纳米纤维膜防水性与透湿性都较好。纳米纤维厚度对纳米纤维膜防水透湿性能有一定影响,本文通过控制纺丝液的量来调节纳米纤维膜厚度(20±5μm、30±5μm、40±5μm、50±5μm和60±5μm)。采用扫描电子显微镜、气体渗透法孔径分析仪、浸润称重法、光学接触角测定仪、织物透湿仪及透气性测试仪对不同厚度的聚氨酯纳米纤维膜进行分析,并研究其防水透湿性能。结果表明:纳米纤维膜的厚度变化对纳米纤维膜的孔径大小及孔隙结构有一定的影响,孔径大小随纳米纤维膜厚度增大呈减小趋势,而孔隙率随膜厚度增加而增大。当纤维膜厚是60±5μm时,获得了较小平均孔径的纳米纤维膜,此时孔径是0.6436μm,纳米纤维膜孔隙率为71.03%。聚氨酯纳米纤维膜的水接触角与纳米纤维膜厚度关系不大,最大静态水接触角比最小静态水接触角仅高1.15°。聚氨酯纳米纤维膜的日透湿量及透气率都随纤维膜厚度的增加而减小,在纤维直径为300±20 nm,纤维厚度为60±5μm时,日透湿量及透气率分别为5179 g/m~2·24h及13.27 mm/s,大于一般的透湿标准并大幅提高纳米纤维膜的防风性能。
[Abstract]:The effects of solvent on the morphology and mechanical properties of nano - fiber membranes were studied by changing the spinning concentration , spinning voltage and spinning distance . The results showed that the diameter of the nano - fiber was 0.7014.mu . m and 68.23 % respectively . The results showed that the diameter of the nano - fiber was 0.7014 渭m and 68.23 % . The results showed that the diameter of the nano - fiber was 0.7014 渭m and 68.23 % . The results showed that the diameter of the nano - fiber was 0.7014 渭m and 68.23 % . The thickness of nanofiber membrane was controlled by controlling the amount of spinning solution ( 20 卤 5 渭m , 30 卤 5 渭m , 40 卤 5 渭m , 50 卤 5 渭m and 60 卤 5 渭m ) . The results show that the pore size of the nano - fiber membrane is 0.6436 渭m and the porosity of the nano - fiber membrane increases with the increase of the thickness of the nanofiber membrane .

【学位授予单位】：浙江理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：TQ460.64

【参考文献】