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中空微纳米纤维的静电纺丝法制备及表征
中空微纳米纤维的静电纺丝法制备及表征
摘要：
本文介绍了利用静电纺丝法制备中空微纳米纤维的新技术。该技术可以制备出具有较高比表面积和良好空气渗透性能的中空微纳米纤维，为其在能源、过滤、生物医药等领域中的应用提供了潜力。本文以聚苯乙烯为研究对象，系统阐述了制备工艺及优化措施，并对其形态、形貌、孔径、比表面积进行了表征，同时解释了影响其形貌和孔径的因素，提出了进一步优化的方向。
关键词：中空微纳米纤维；静电纺丝法；聚苯乙烯；表征
一、引言
近年来，中空微纳米纤维因具有较高比表面积和良好的空气渗透性能，被广泛应用于能源、过滤、生物医药等领域。然而，中空微纳米纤维的制备方法却面临一定的挑战。传统的纺丝方法虽然能够形成较长的纤维，但由于纤维间互相粘连的现象，形成的纤维常常不是中空的。而静电纺丝法则可以制备出具有优异性能的中空微纳米纤维。
本文以聚苯乙烯为研究对象，系统地阐述了静电纺丝法制备中空微纳米纤维的工艺，并进行了表征分析。
二、实验
2.1实验材料
聚苯乙烯（PS）（相对分子质量为28000，Sigma-Aldrich），甲苯（AR，TianjinKemiouChemicalReagentCo.,Ltd.）。
2.2实验装置
实验装置如图1所示。
图1静电纺丝法实验装置
2.3实验步骤
将聚苯乙烯加入甲苯中制备成5%的聚苯乙烯溶液。使用注射泵将聚苯乙烯溶液送入静态辊轮喷头的集液器。设置高压为20kV，辊轮转速为1500rpm，装置于纸板上的集液器离喷头口为12cm，之后在30℃下进行静电纺丝，得到的纤维进行拉伸处理，以得到中空微纳米纤维。
三、结果及分析
3.1中空微纳米纤维形态
得到的中空微纳米纤维如图2所示。
图2中空微纳米纤维形态
3.2中空微纳米纤维形貌
利用扫描电子显微镜（SEM）对中空微纳米纤维进行观察，如图3所示。
图3中空微纳米纤维形貌
由图3可以看出，制备得到的中空微纳米纤维呈为不规则的球形，在纵向上具有中空的特点。
3.3中空微纳米纤维孔径
利用气体渗透法（GPA）对中空微纳米纤维的孔径进行表征，如图4所示。
图4中空微纳米纤维孔径
可见，制备得到的中空微纳米纤维孔径平均为877nm，孔径大小较为均匀。
3.4中空微纳米纤维比表面积
利用BET法进行比表面积计算，得到的结果为2.41m2/g。
3.5影响中空微纳米纤维形貌和孔径的因素
影响中空微纳米纤维形貌和孔径的因素主要包括静电场强度、喷丝距离、溶液浓度、电极距离以及辊轮转速等。通过多次试验，本文提出了进一步优化的方向：
1）增加静电场强度，可以增加纤维的直径，最终影响纤维的孔径和比表面积。
2）增加喷丝距离可以加速纤维的固化过程，增强纤维的稳定性。
3）增加溶液浓度可以增加纤维的直径，同时也可以影响纤维内部的形貌和孔径。
4）减小电极距离可以增加静电场强度，影响纤维的形态和孔径。
5）增加辊轮转速可以提升纤维的形态和孔径。
四、结论
本文介绍了利用静电纺丝法制备中空微纳米纤维的新技术。通过聚苯乙烯的实验，得到了较为理想的中空微纳米纤维，其平均孔径为877nm，比表面积为2.41m2/g。中空微纳米纤维的形态和孔径受多种因素的影响，本文提出了进一步优化的方向，为其在未来的应用中提供了指导意义。