SiO2陶瓷基复合纤维膜的疏水改性及拉伸性能研究

来源 :哈尔滨工业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:xiatiandegushi1989
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SiO2纳米纤维是众多陶瓷纳米纤维材料中最具代表性的纤维之一,其具有良好的生物相容性、优异的热稳定性等优点,在传感器、催化剂载体、吸附材料、组织结构等方面具有巨大的应用前景,其化学结构决定了材料具有亲水性,通过疏水改性可以扩大SiO2纳米纤维的适用范围,因此,对SiO2纳米纤维进行疏水改性具有重要的研究与使用价值。静电纺丝技术为连续地生产直径从几纳米到几个微米的一维纤维结构提供了一种高效的方法,其中材料的润湿性和力学性能是其重要的特性,并在实际应用中扮演着重要的角色。通过TEOS的水解制备出SiO2溶胶作为前驱体进行静电纺丝,能够得到结构清晰、均匀和连续的SiO2纳米纤维。本论文利用TEOS水解得到SiO2溶胶和静电纺丝技术纺制出SiO2纤维膜,SiO2溶胶作为无机物,需要借助于聚合物PEO才能通过静电纺丝设备纺制成SiO2纤维,通过改变纺丝溶液中聚合物PEO的含量、溶剂的含量以及工艺参数:纺丝电压、纺丝速度、纺丝距离等参数,纺制出多组不同参数的SiO2纤维膜,并分析各参数对纤维直径及形貌的影响。TEOS水解得到的SiO2溶胶前驱体溶液中含有亲水的羟基基团,可以引入疏水基团-Si-(CH3)3以增强材料疏水的能力,本实验将SiO2溶胶和二甲基硅油充分混合制备纺丝溶液,经静电纺丝制备出SiO2/二甲基硅油复合纤维膜,通过红外线光谱仪、核磁共振谱仪检测TEOS溶液、SiO2溶胶和复合纤维膜的成分,利用接触角测量仪测试复合纤维膜经不同高温处理后的润湿性,综合分析复合纤维膜的润湿性和热稳定性。静电纺丝纤维膜具有类非织造布的纤维网结构,纤维呈杂乱无章分布且分散较为均匀。本实验对静电纺丝纯SiO2纤维膜、SiO2/二甲基硅油复合纤维膜和SiO2/PMMA复合纤维膜进行拉伸性能测试,分析了二甲基硅油和PMMA含量分别对纤维膜拉伸性能的影响,并利用ANSYS有限元软件模拟纤维膜的拉伸过程,为纤维膜的设计与使用提供依据。
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