【摘要】：Nafion納米纖維在近年來的研究中,逐漸表現(xiàn)出它獨(dú)特的優(yōu)勢,Nafion纖維相比于Nafion產(chǎn)品的其他形態(tài),包括顆粒、溶液和膜,具有比表面積大、孔隙率高、電導(dǎo)率高等優(yōu)點(diǎn),可以用在電化學(xué)、催化、傳感器等方面。靜電紡絲制備Nafion納米纖維具有簡單、有效、可控等優(yōu)點(diǎn),國內(nèi)外有一些研究者對靜電紡絲制備Nafion納米纖維進(jìn)行研究,大部分采用的Nafion原料為商品化的Nafion溶液,Nafion顆粒運(yùn)輸和儲存方便且成本相對較低,本課題采用Nafion顆粒作為原料,從溶解實(shí)驗(yàn)到靜電紡絲進(jìn)行了系統(tǒng)研究。在靜電紡絲實(shí)驗(yàn)中,借助正交實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)法,提取了實(shí)驗(yàn)參數(shù)中有重要影響的四個(gè)因素,分別是攜帶物含量即PEO在溶液中的質(zhì)量、溶液流量、接收轉(zhuǎn)輥的轉(zhuǎn)速以及針頭到轉(zhuǎn)輥的距離,每個(gè)因素設(shè)三個(gè)不同水平,最終找到了實(shí)驗(yàn)中影響纖維直徑的主次因素和最佳水平,因素影響作用依次為流量針頭到轉(zhuǎn)輥的距離轉(zhuǎn)輥接收器轉(zhuǎn)速攜帶物含量,每個(gè)因素的最佳水平分別是：攜帶物含量為0.04 g,針頭到轉(zhuǎn)輥之間的距離為23 cm,流量為0.1mL·h-1,轉(zhuǎn)輥轉(zhuǎn)速為180 r·min-1。采用最佳水平組合作為實(shí)驗(yàn)條件進(jìn)行了驗(yàn)證實(shí)驗(yàn),最后獲得纖維直徑為150nm,纖維中Nafion含量高達(dá)98%；將制得的Nafion納米纖維膜進(jìn)行了電導(dǎo)率測試,結(jié)果顯示在常溫條件下,Nafion納米纖維膜的電導(dǎo)率是商業(yè)化Nafion115膜的6倍。為提高生產(chǎn)納米纖維的效率,本課題首次提出采用離心靜電紡絲制備Nafion纖維,由于離心靜電紡絲起步較晚,對其機(jī)理和工藝參數(shù)還需大量研究,本課題在進(jìn)行Nafion納米纖維制備之前,首先采用PVP為原料,探索了離心靜電紡絲中電壓和轉(zhuǎn)速的變化對纖維直徑和形貌、纖維軌跡以及纖維產(chǎn)量的影響。最后成功制得Nafion納米纖維,但由于Nafion/攜帶物溶液粘度較高,且離心靜電紡絲流量過大,紡絲存在很多困難,希望以后的研究者可以在設(shè)備與工藝參數(shù)等方面做進(jìn)一步地研究。
【圖文】：

逡逑轉(zhuǎn)裙接收器和電極板，本實(shí)驗(yàn)采用轉(zhuǎn)霜接收器接收納米纖維，圖２－２中最右端的電極逡逑板只是用來形成靜電紡絲高壓電場正極，不用來接收纖維，電極板貼在一個(gè)絕緣薄板逡逑上，，絕緣薄板通過支架固定，并可Ｗ隨意上下移動(dòng)，采用電用夾子夾在電極板上，并逡逑通過導(dǎo)線連接在高壓靜電發(fā)生器上，并接通電源，形成靜電紡絲高壓電場正極。轉(zhuǎn)銀逡逑接收器位于注射累與電極板之間，轉(zhuǎn)掩接收器由絕緣的支架、轉(zhuǎn)謠和電機(jī)組成，轉(zhuǎn)裙逡逑接收器采用絕緣的樹脂轉(zhuǎn)鉛レッ及有機(jī)玻璃支架，轉(zhuǎn)q!由無極變速直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)，轉(zhuǎn)謠逡逑上包覆著一圈鉛簿，用來接收納米纖維。逡逑注射泉邋注射器邋電極板＾應(yīng)幻逡逑ｍｍ逡逑升降臺纖維轉(zhuǎn)轅逡逑圖２－２溶液靜電巧竺實(shí)驗(yàn)裝置示意圖逡逑Ｆｉｇ．邋２－２邋Ｔｈｅ邋ｄｉａｇｒａｍｍａｔｉｃ邋ｄｒａｗｉｎｇ邋ｏｆ邋ｓｏｌ山ｉｏｎ邋ｅｌｅｃｔｒｏｓｐｉｎｎｉｎｇ邋ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ邋ａｐｐａｒａｔｕｓ逡逑２．２．３邋Ｎａｆｉｏｎ／ＰＥＯ邋巧巧Ｅ制逡逑在配制溶液前

逡逑ＰＦＳＡ是一種固體顆粒狀樹脂，如圖２－３中１所示，這種ＰＦＳＡ原料具有很多優(yōu)點(diǎn)，逡逑此原料是美國杜邦公司所產(chǎn)，顆粒樹脂方便運(yùn)輸且易于保存，并且價(jià)格相對市面上逡逑ＰＦＳＡ溶液要低的多。逡逑ｍｍ逡逑圖２－３邋Ｎａｆｉｏｎ顆粒與Ｎａｆｉｏｎ／ＰＥＯ溶oQ逡逑１－Ｎａｆｌｏｎ邋顆粒原料；２－Ｎａｆｉｏｎ／ＰＥＯ邋溶液逡逑Ｆｉｇ．邋２－３邋Ｎａｆｉｏｎ邋ｂｅａｄｓ邋ａｎｄ邋Ｎａｆｉｏｎ／ＰＥＯ邋ｈｏｍｏｇｅｎｅｏｕｓ邋ｓｏ山ｔｉｏｎ逡逑１－Ｎａｆｉｏｎ邋ｂｅａｄｓ；邋２－Ｎａｆｉｏｎ／ＰＥＯ邋ｓｏｌｕｔｉｏｎ逡逑２．邋３．１．１邋Ｅ制化ｆ邋ｉ邋ｏｎ巧巧的溶Rd選擇及反應(yīng)條件逡逑為配制均勻的ＰＦＳＡ溶液，進(jìn)行了多次探索研究，分別采用了單一溶劑、混合溶逡逑劑、非極性溶劑、極性溶劑等進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)，并探索了不同的溶解工藝參數(shù)對溶液的影逡逑響，例如溶解溫度，時(shí)間，壓力等條件，并結(jié)合文獻(xiàn)查閱，得出可制得均勻ＰＦＳＡ逡逑溶液的溶劑配方Ｗ及溶解條件，最終采用無毒溶劑配方玄醇和水混合溶劑，逡逑Ｅｔ０Ｈ／Ｈ２０＝４：ｌ，其中乙醇揮發(fā)性好，在紡絲過程中，溶劑可Ｗ很快從纖維表面揮發(fā)，逡逑而水可增強(qiáng)溶液極性更好的溶解強(qiáng)極性ＰＦＳＡ顆粒。逡逑ＰＦＳＡ化學(xué)物理性能穩(wěn)定，常溫常壓下不可溶解，因此必須在高溫高壓條件下逡逑才可溶解在有效的溶劑中。將ＥｔＯ化化０：ＰＦＳＡ＝＾ｇ：８ｇ：２ｇ的反應(yīng)物放在高壓反應(yīng)邋Ｉ逡逑勊中
【學(xué)位授予單位】：北京化工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：TQ340.64;TB383.1

【參考文獻(xiàn)】

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2 李秀紅;宋天丹;陳志遠(yuǎn);劉月星;何紅;張有忱;劉勇;;靜電紡絲的模式[J];紡織學(xué)報(bào);2014年10期

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2 鄧榮堅(jiān);熔體靜電紡絲法制備微納米纖維的實(shí)驗(yàn)研究[D];北京化工大學(xué);2009年

本文編號：2557577