弹性纳米纤维的制备及其在水过滤和压力传感上的应用

发布时间：2019-09-28 03:52

【摘要】：乙烯辛烯嵌段共聚物弹性体(POE)及聚氨酯弹性体(PU),因其良好的弹性及生物相容性,被广泛应用于压力传感器、柔性可穿戴电子器件及过滤等领域。本实验先采用熔融相分离法制备了POE弹性纳米纤维,通过超高速剪切作用得到POE弹性纳米纤维悬浮液。将其成膜,并采取化学镀银的方法制备POE@Ag导电纳米纤维膜。探究了CAB种类、POE种类及比例对POE纳米纤维微观形貌的影响、镀液中硝酸银的浓度对POE@Ag弹性导电纳米纤维的微观形貌、电学及力学性能的影响。实验结果表明,当采取45%CAB381-20+45%CAB551-0.2+10%POE配比,挤出温度为220℃时,可以制备得到直径为600nm左右纤维形态最好的POE纳米纤维;镀液中硝酸银浓度为4g/L时,可以制备得到具有良好循环稳定性及综合性能的POE@Ag导电纳米纤维。运用原位聚合的方法制备POE@PPy导电墨水,对导电墨水的稳定性及其成膜后的结构形貌、亲水性、电学及力学性能进行测试。实验表明,当Py的加入量为POE:Py=2:1时,POE@PPy导电纳米纤维膜具有最好的综合性能:接触角为116o,电导率为1.593S/m,弹性模量为5.013MPa,断裂强度为0.743MPa,断裂伸长率为79.54%。将其采用模板浇筑的方式制备表面结构化的导电纳米纤维膜,进而组装成压力传感器。对表面结构化POE@PPy纳米纤维膜平面及截面形貌进行表征,研究了单双层结构、厚度对POE@PPy导电纳米纤维基压力传感器灵敏度及临界压力范围的影响,测试了当压力传感器厚度为48um时的循环稳定性。实验结果表明,采取双层互锁结构的压力传感器在低压力阶段灵敏度高于单层,当双层互锁结构的压力传感器的厚度为48um时,压力传感器在兼顾较好高、低压力灵敏度的同时,具有较宽的低压力灵敏范围,此时压力传感器的响应时间为10~13ms,低压循环稳定性好。采用熔融相分离法制备串珠状PU/EVOH复合纳米纤维,研究了PU的加入量对串珠状PU/EVOH纳米纤维的形貌、纤维直径、成分、亲水性及孔径分布的影响。实验结果表明,随着PU加入量的增大,复合纳米纤维的平均直径变大、平均孔径变大、串珠结构更明显及亲水性变差。将PU/EVOH纳米纤维悬浮液,利用涂覆的方法将其涂覆到PET纺粘无纺布中,得到PU/EVOH纳米纤维/PET纺粘无纺布复合膜。选择纳米颜料悬浮液作为过滤介质,对不同PU加入量及不同复合纳米纤维涂覆量的复合膜的纯水通量、截留率、稳定性及耐久实用性进行测试。结果表明,当PU加入量15%,PU/EVOH纳米纤维单位面积的涂覆量为4g/L时,纳米纤维膜具有优异的过滤性能:纯水通量为2512L/(m2?h),对纳米颜料的截留率为97.81%,通量为832L/(m2?h),连续过滤10h后,其通量仍然可以达到近800L/(m2?h)。复合膜具有结构蓬松、孔隙度大的优良性质,因此加入PU的复合膜的通量及过滤能力均比未加入PU的复合膜好。所有的结果表明,串珠状PU/EVOH复合纳米纤维在水过滤领域具有很大的应用潜力。
【学位授予单位】：武汉纺织大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：TQ340.64

【参考文献】