由于大多數(shù)聚合物的熔點(diǎn)高、分子結(jié)構(gòu)特殊、熔體黏度大、高耐溶劑性,以及分子鏈中一般含有N,O和S等雜元素的芳環(huán),因此其加工過(guò)程中普遍存在加工溫度高、能耗大、強(qiáng)極性溶劑有毒等問(wèn)題,很大程度上制約著聚合物納米纖維的研發(fā)進(jìn)程。近年來(lái)納米纖維主要的制備方法,包括熔噴法、靜電紡絲法和共混海島法。
熔噴法
熔噴法是制備聚合物納米纖維的常用方法,其主要原理為聚合物熔體在噴絲頭的細(xì)孔中被高壓熱氣流拉伸,從而以高速率形成短纖維。熔噴法的優(yōu)點(diǎn)是可擴(kuò)展到工業(yè)生產(chǎn)和低成本,但想要更進(jìn)一步細(xì)化,關(guān)鍵在于噴絲孔的細(xì)化,這就在增加制造成本的同時(shí),還存在噴絲孔易堵塞等問(wèn)題。特別是對(duì)于耐高溫納米纖維,由于其高聚物高熔點(diǎn),高黏度,高黏溫性等特性,導(dǎo)致其流變行為極其復(fù)雜,這也進(jìn)一步限制了熔噴耐高溫納米纖維的發(fā)展
靜電紡絲法
靜電紡絲法主要分為溶液電紡和熔體電紡,其基本原理是在高壓靜電場(chǎng)力的牽引下,聚合物溶液或熔體克服表面張力形成射流,并在噴射過(guò)程中固化形成纖維,是一種簡(jiǎn)單有效的可連續(xù)制備納米纖維的技術(shù)。對(duì)于熔體靜電紡絲,其核心要求是紡絲原料具有優(yōu)良的流動(dòng)性。靜電紡絲法裝置簡(jiǎn)單,但生產(chǎn)效率和穩(wěn)定化生產(chǎn)是面向產(chǎn)業(yè)化的重要挑戰(zhàn)。其中溶液靜電紡絲法需要特定的溶劑去溶解聚合物,存在溶質(zhì)轉(zhuǎn)化率低、溶劑有毒等不可避免的問(wèn)題,特別是對(duì)于耐高溫聚合物來(lái)說(shuō),找到合適的溶劑非常困難。
共混海島法
共混海島法制備納米纖維的基本原理是,先利用傳統(tǒng)方法制備共混材料的共混纖維,然后利用材料之間表面能和黏度的差異,利用特定的溶劑將共混纖維中的“海相”部分溶解,從而來(lái)獲得“島相”的納米纖維,其流程如圖 1?3 所示。盡管使用這種方法可以制備納米級(jí)纖維,但這種方法存在明顯的缺點(diǎn)。需要用溶劑去溶解“海相”組分,并且工藝流程長(zhǎng),制備成本高,同時(shí)大量有毒溶劑的使用對(duì)環(huán)境造成的危害極大,這些因數(shù)限制了其在工業(yè)化的生產(chǎn),也制約了其制備的納米纖維在除塵等領(lǐng)域的應(yīng)用。