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聚酰亞胺電紡纖維的制備

點擊次數:769    發布日期:2013-08-02   本文鏈接:http://www.miribilla.net/news/100.html

      由傳統粗纖維制備的碳纖維具有非常高的拉伸強度和彈性模量,自電紡絲技術誕生后,人們希望通過由電紡得到的超細纖維制備高強度超細碳纖維。由于靜電紡絲技術所產生的纖維直徑可以達到納米級別,因此,與傳統粗碳纖維制備工藝相比,超細電紡碳纖維具有更高的比表面積,適合作為超級電容器的電極材料或者催化劑載體。

      2003 年,率先報道了利用電紡PI 纖維絲并經高溫碳化后制備超細碳纖維的方法。同時,該文討論了關于電紡PI 的參數選擇問題,指出了合適的溶液固含量、電壓、電場強度和黏度,為后人研究PI 電紡絲提供了寶貴的經驗。Yang 等首先利用縮合聚合法,以4,4′-二胺基二苯醚( ODA) 和均苯四甲酸二酐( PMDA) 為單體,制備了PI 的前軀體聚酰胺酸( PAA)。將一定固含量的PAA 溶液置于電紡裝置中,選擇合適的參數,Yang 等順利得到了PAA 的微米級紡絲,平均直徑在2—3μm。隨后將樣品經高溫亞胺化后,紡絲直徑下降至1—2μm。*后將紡絲樣品置于高溫下碳化、石墨化后,便得到碳纖維。在其工作中,Yang 等發現,隨著碳化溫度升高,樣品導電性相應的提高。當碳化溫度為1 000℃時,碳纖維電導率為2. 5S /cm。其制得的碳纖維與先前報道的利用聚苯胺( PAN) 以相同方法制得的碳纖維相比,在電導率方面有顯著的提高,從1.96S /cm 提高到2. 5S /cm。

      電紡絲過程中,由于紡絲液在形成射流的過程中會受到極大的剪切力和電場牽伸力,因此紡絲的直徑可以達到納米級別。纖維直徑的限制、大分子溶液表面張力、強大的電場力三個因素將大大限制納米粒子的團聚( agglomeration)。在紡絲過程中,由于溶劑的快速揮發,高分子纖維將快速固化、成型。一旦成型,納米粒子的再團聚( reagglomeration)作用就會受到限制。因此,電紡絲方法是一種有效的分散納米粒子的手段。已有大量關于利用電紡絲技術分散一些具有催化、生物功能、導熱、光吸收等特性的納米粒子于各種聚合物中以制備功能納米復合纖維的報道。

      PI 本身是一類機械性能優異的高性能聚合物材料,通過電紡,可以將多種功能材料或者納米粒子分散其中,形成多功能且具有高性能的復合材料。電紡制備PI 納米復合材料具有較大研究、應用價值。

      PI 因其出色的機械性能而被廣泛應用于軍事、工程、航空及航天工業中,而借助于電紡絲技術,PI得以制備成具有微納米尺度的纖維。通過靜電紡絲技術制備的新型輕質高強度PI 材料具有廣闊的應用前景。Hou 及其課題組在此方面做了大量的研究工作。

      *近幾年國內外利用靜電紡絲制備PI 納米纖維的相關報道不斷涌現,其中關于PI 纖維無紡布制備工藝的報道因與前述工作中存在重復,此處不再贅述。下面對通過電紡以實現PI 纖維功能化的其他研究做簡要介紹。

      在過去的7 年里,相關科研人員在電紡制備PI新型材料的道路上不斷探索與創新,制備了一系列碳纖維材料、PI 納米復合材料、新型輕質高強PI 材料等,實現了PI 材料的結構多層次化和功能多樣化,取得了諸多研究成果。這些成果在軍事、航空航天及微電子等高技術領域具有潛在的應用前景。在今后PI 的研究中,利用電紡制備PI 新型材料值得引起更廣泛的關注,同時還需要進行不懈的探索:
(1) 電紡制備高性能PI 新材料的研究會引起越來越多的關注;
(2) 功能性PI 新材料具有很大的應用前景,通過在PI 納米纖維中引入二級精細結構,或者在PI 纖維中摻雜功能性納米粒子,均是具有價值的研究方向;(3) 利用click chemistry 等方法對PI 電紡纖維進行精細表面改性,為制備新型PI材料提供了一種新思路。

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