[發明專利]一種測量納米纖維力學性能的方法

在審

• 申請號: 202010629239.0
• 申請日: 2020-07-03
• 公開（公告）號: CN111721629A
• 公開（公告）日: 2020-09-29
• 發明（設計）人: 尹云雷;楊紅英;周金利;劉宏臣;楊志暉
• 申請（專利權）人: 中原工學院
• 主分類號: G01N3/08
• 分類號: G01N3/08;G01N1/28
• 代理公司: 北京八月瓜知識產權代理有限公司 11543
• 代理人: 李斌

本發明公開了一種測量納米纖維力學性能的方法，包括如下步驟：S1：靜電紡絲納米纖維膜的結構特征分析：采用靜電紡絲技術制備納米纖維膜，對納米纖維膜的微觀結構進行合理簡化處理；(1)纖維簡化為直線形態且為連續長絲，纖維取向為隨機分布，納米纖維膜的宏觀形態為連續的膜，其結構從微觀觀察為纖維網；(2)不考慮纖維層間效應，納米纖維膜是多層網狀結構，由于制備時為纖維層層堆疊。該方法可以對通過調節紡絲參數制備纖維直徑相對集中于不同區域的若干組靜電紡絲膜，進行拉伸研究并求得獨立納米纖維的性能，由此可以進行納米纖維尺度效應研究，比起其它方法的直接拉伸研究，也具有可以研究不同直徑纖維的能力。

技術領域

本發明涉及紡織纖維技術領域，尤其是涉及一種測量納米纖維力學性能的方法。

背景技術

靜電紡絲技術是一種高效，操作和設備較簡易的制備納米纖維的方法。靜電紡絲膜由于其高孔隙率，具有納米級纖維微結構等優點，在過濾，組織工程支架，太陽能電池電極及電池隔膜上有著廣泛的應用前景。

對于靜電紡絲膜，在宏觀角度觀察是連續薄膜，從微觀角度觀察，是由巨量纖維構成的網。靜電紡絲膜的制備過程顯示纖維收集于接收板上，纖維堆積的方式是逐層增加，纖維個體為連續長絲。

不同的應用環境對靜電紡絲膜的力學性能有不同的要求。靜電紡絲膜的力學性能研究對于其應用具有重要的指導意義。對于靜電紡絲膜的力學性能，一般都是從宏觀角度進行研究，包括單軸雙軸拉伸測試和蓬松膜的壓縮等。但是微觀角度的研究同樣不可忽略，且在近年來有很大發展。但是由于靜電紡絲膜中單纖維的直徑小，力的測量精度和與此同時的位移的測量精度都很難控制，微小的擾動都會產生很大誤差，從微觀角度研究具有很大困難。克服這些困難的實驗方法又存在設備昂貴，設計維護復雜等問題。如，利用空氣阻力做推動力的精細拉伸實驗，用AFM探針做施力的探測器和SEM觀察系統結合的方法進行的彎曲實驗，還有通過專門設計開發的軟件進行研究的方法等。

為此，提出一種測量納米纖維力學性能的方法。

發明內容

本發明的目的在于提供一種測量納米纖維力學性能的方法，該方法可以對通過調節紡絲參數制備纖維直徑相對集中于不同區域的若干組靜電紡絲膜，進行拉伸研究并求得獨立納米纖維的性能，由此可以進行納米纖維尺度效應研究，比起其它方法的直接拉伸研究，也具有可以研究不同直徑纖維的能力，并且每次測試均為針對纖維集合體，所得結果會自帶統計平均效果，對于操作復雜、環境難控，而所得的結果往往需要重復幾十次甚至上百次才可能獲得可信值的納米單纖維拉伸實驗來說，這種測量方法具備明顯的優勢，以解決上述背景技術中提出的問題。

為實現上述目的，本發明提供如下技術方案：一種測量納米纖維力學性能的方法，包括如下步驟：

S1：靜電紡絲納米纖維膜的結構特征分析：

采用靜電紡絲技術制備納米纖維膜，對納米纖維膜的微觀結構進行合理簡化處理；

(1)纖維簡化為直線形態且為連續長絲，纖維取向為隨機分布，納米纖維膜的宏觀形態為連續的膜，其結構從微觀觀察為纖維網；

(2)不考慮纖維層間效應，納米纖維膜是多層網狀結構，由于制備時為纖維層層堆疊，所以產生層間交叉纖維為少數，在拉伸過程中，在膜的尺度上伸展，因此層間纖維在此種拉伸作用下產生互相作用小，作為次要因素忽略；

(3)簡化拉伸過程，不考慮納米纖維膜的應力松弛。

S2：納米纖維膜雙軸向拉伸的力學關系分析；

S3：納米單纖維的力學性能分析預測；

S4：實驗舉例，用生物材料聚己內酯(PCL)進行舉例分析，來求靜電紡絲PCL納米單纖維的力學性能；

S4-1：實驗部分，包括制備和測試，制備實驗由自制的紡絲裝置完成，紡絲裝置主要包括：高壓電源、微量注射泵、注射器、收集板；