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综述:静电纺丝并列双组分纳米纤维研究进展
2019/12/14 10:59:18 admin

  静电纺丝是从不同材料制备细纤维的高度通用的工艺。为了扩大纤维的功能和性能,通常在其组成中使用多种材料。在一些应用中,可能希望组分在纤维表面上被均匀地表达和暴露。在这种情况下,并排双组分装置是有利的。与核壳或混纺纤维不同,并排双组分纤维将确保两种组分在表面上具有相同的暴露量。

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  使用静电纺丝产生并列双组分纤维的一种典型装置是使用并排分流出口的喷嘴。两种材料通过两个分离的通道传送,直到它们汇合在喷嘴出口处。在使用分流喷嘴的静电纺丝中,控制电场比单孔喷嘴发挥更重要的作用。当喷嘴尖端与收集器之间的距离太远时,电场强度不足以启动静电纺丝。然而,当距离太近时,来自每个开口的形成两个独立的泰勒锥 [Gupta and Wilkes 2003]。因此,需要喷嘴尖端与收集器之间的最佳距离以保持稳定的单个静电纺射流。

  由于纤维的物理特性,并列型双组分纤维可能产生令人感兴趣的机械行为。 Lin等人(2005)表明,使用聚丙烯腈(PAN)和聚氨酯(PU)作为双组分体系中的两种材料,他们能够构建卷曲和螺旋卷曲纤维。这种行为归因于纤维内的不同收缩导致其中一种组分被压缩。通过增加流速来增加PAN的量导致较少卷曲的纳米纤维,而当PU含量增加时相反。Chen等人(2009)表明,非常卷曲的纳米纤维可能作为纳米螺旋,这可能会影响所得垫子的机械性能。使用聚对苯二甲酰间苯二胺(Nomex)和热塑性聚氨酯(TPU),他们发现由并排双组分纤维组成的排列纳米螺旋纤维比没有纳米螺旋的纤维的净弹性力、伸长率、韧性和模量更高。具有和不具有纳米螺旋的纤维都是并列双组分纤维。为了获得没有纳米螺旋的排列纤维,将收集器设定在较高的转速下,同时以较低的转速收集具有纳米螺旋的排列纤维。

  并列型双组分纤维的优点在于单根纤维能够表达纤维各组分的特性。 Jin等(2014)利用这一特性构建了一种三维水凝胶-杂化纳米纤维支架。并列双组分纤维一侧由聚己内酯(PCL)组成,另一侧由聚乙烯吡咯烷酮(PVP)组成。 PCL是疏水性聚合物,而PVP表现出水凝胶性质。当两种材料组合使用作为并列型双组分纤维时,PVP部分在水中膨胀导致支架体积增加。扩展的支架允许细胞渗入内部。并列双组分纤维的静电纺丝不限于聚合物材料。由无机材料组成的双组分纤维也是通过静电纺丝其前驱体,然后烧结制备的。 Liu等人(2006)使用这种方法来构建TiO2/SnO2双组分纤维以提高光催化剂的效率。与纯TiO2相比,所得的TiO2/SnO2双组分纤维显示出更好的光活性。比较碳化的PVP和聚丙烯腈(PVP)混合纳米纤维及PVP / PAN并列双组分纳米纤维,后者显示出更高的电化学电容。这归因于碳化的PVP/PAN并列纳米纤维中较好的纤维互连和碳晶[Niu等2011]。

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