纖維長度分布對由聚合物紗線制成的短電紡纖維產生的多孔海綿的影響

DOI: 10.1002/mame.201900629

由短電紡聚合物纖維制成的超輕多孔海綿在多種應用中引起了極大的關注。根據所建立的程序，通過將懸浮液中的電紡纖維切割或均質化，可以得到短的電紡纖維，從而產生長度不均勻的纖維。纖維長度分布和纖維長度對海綿力學壓縮性的影響尚不清楚。因此，作為模型研究，研究了由可控纖維長度分布的短電紡聚丙烯腈（PAN）纖維懸浮液制成的海綿，并定量分析了纖維長度分布在海綿可壓縮性中的作用。這些海綿也與作為基準的既定程序制備的海綿進行了比較。研究發現，單分散短纖維超輕海綿的壓縮應力和模量分別比多分散短纖維高32%和45%。研究還表明，與由短纖維制成的海綿相比，由長纖維制成的海綿具有更高的模量。

圖1.用可控長度的短纖維制備海綿的過程示意圖。

圖2.紗線和纖維的微觀結構和性能。具有不同拉伸比的紗線的SEM圖像：a）初紡紗線、b）SR 3、和c）SR6。d）用短紗線生產單根纖維的超聲空化過程的示意圖。插入的數碼照片是長度為0.4 mm的短紗線的分散（左）和相應短纖維（右）在二氧六環中的分散。圖片中的插入比例尺為15 mm。顯微鏡照片：e）0.4 mm長的短紗線和f）纖維。g）用0.4 mm切割機制成的短纖維的纖維長度分布。

圖3.由平均長度為416±83 μm的短纖維制成的海綿在不同放大倍數下的橫截面SEM圖。a）整個橫截面圖，b）孔的微觀結構，c）孔的壁，d）粘合的單根纖維。

圖4.海綿的微觀結構。不同重量含量1mm短纖維海綿的SEM橫斷面圖像：a）0%、b）30%、c）50%、d）70%和e）100%。f）不同含量1 mm短纖維海綿的孔徑變化。

圖5.海綿的微觀結構和力學性能。a）不同含量0.4和1.0 mm短纖維海綿壓縮試驗中的壓縮應力應變曲線。b）不同含量0.4和1 mm短纖維海綿在第一次和第100次循環加載-卸載壓縮試驗中的應力和模量變化。c）不同含量0.4和1 mm短纖維海綿在100個循環壓縮試驗中能量損失系數的變化。