靜電紡絲技術簡單的說,就是聚合物熔體或溶液在高壓靜電場作用下形成纖維的過程。
早在1934年,Formhals發(fā)明了一種利用靜電斥力來生產聚合物纖維的方式和實驗裝置,這是公認的第一次詳細的技術描述和制備纖維的開始。
靜電紡絲過程看似簡單,多種參數交互作用時頗為復雜,其主要影響制備的納米纖維膜對復合材料的提升有著很大的影響,如相對分子的質量、溶液濃度與黏度、溶劑性質、電導率、溶液溫度、表面張力等等,都會對纖維的形態(tài)結構產生影響。通過調整靜電紡絲制備的參數,最終得到形態(tài)、性質完全不同的納米纖維。
早期的靜電紡絲并不能對復合材料起到很好的韌性增強、斷裂韌性提升作用,因靜電紡絲的比表面積、纖維直徑大小、纖維孔徑大小、不能很好的連續(xù)性是科研工作者們廣泛研究攻克的問題。
20世紀90年代,美國阿克隆大學對靜電紡絲工藝和應用展開了深入的研究,對制備和表征有著巨大進步,但因技術原因還能完全商業(yè)化,直到2014年新西蘭的Revolution Fibres研發(fā)了一種電紡聚酰胺納米纖維(pa66),其中Xantu. Layr是一種非紡織的織物,制成了連續(xù)性的千米之長的納米纖維率先實現了工業(yè)化量產,并且實現了更小的纖維直徑、更小的纖維間孔徑、更大的比表面積等解決了一些與傳統(tǒng)復合材韌性增強、高強度、耐沖擊 、抗疲勞等相關的問題。
為了提高CFEP復合材料的斷裂韌性,靜電紡絲納米纖維可作為夾層使用在復合材料層間。大連義邦Xantu. Layr納米纖維膜通過選擇最佳靜電紡絲參數,如時間或納米纖維面積重量,可以一定的改善斷裂韌性值。通過一系列的力學和熱性能測試,測試了納米纖維層間對CFEP復合材料力學和熱性能的影響。
結果表明,在斷裂起始和擴展階段,納米纖維均可使斷裂韌性提高50%左右。pa66納米纖維的加入可使材料的抗彎模量和強度分別提高約16%和13%。由于pa66納米纖維的存在,層間剪切強度和抗壓強度分別提高了約10%和15%。當AWD值為1.05 g/m2時,復合材料的夏比沖擊能可提高18%左右。DMA結果表明,pa66納米纖維對Tg沒有影響。
根據上圖測試結果所示,pa66納米纖維膜是一種很有前途的技術,可以在不犧牲碳纖維環(huán)氧復合材料面內力學性能的前提下,提高碳纖維環(huán)氧復合材料的斷裂韌性。pa66納米纖維的存在也可以有效地提高碳纖維環(huán)氧復合材料的面內力學性能,如抗彎強度、抗彎模量和抗壓強度。
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