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发布时间：2014-11-29 17:00所属平台：学报论文发表咨询网浏览： 次
摘要：文章介绍了沉析纤维的制备、性能及其研究进展，并探讨了沉析纤维形成过程中聚合物溶液性质、剪切速率和凝固浴性质对沉析纤维形貌、尺寸等的影响。沉析纤维为厚度几微米、长度几十微米到数毫米不等薄膜状纤维材料，具有良好的抱合及热粘合性能，在复合
摘要：文章介绍了沉析纤维的制备、性能及其研究进展，并探讨了沉析纤维形成过程中聚合物溶液性质、剪切速率和凝固浴性质对沉析纤维形貌、尺寸等的影响。沉析纤维为厚度几微米、长度几十微米到数毫米不等薄膜状纤维材料，具有良好的抱合及热粘合性能，在复合材料以及生物医用材料方面拥有广阔的应用前景。
关键词：学报投稿范文,沉析纤维,芳纶,壳聚糖,性能,应用
Properties and Applications of Fibrid
Abstract： The paper introduced the preparation， properties and research progress of fibrid， and investigated the effects of polymer solution properties， shearing rate and coagulation bath on the morphology and size of fibrid during the formation. Fibrid is a kind of thin film-like fiber material with the thickness of a few microns and the length of dozens of microns. It has excellent adhesive property and thermal bonding performance， and has good potential in the fields of composite and biomedical materials.
Key words： fibrid; aramid fiber; chitosan; property; application
沉析纤维(fibrid，又称为线条体或浆粕)是一种薄膜状的纤维材料，厚度为一至几个微米，长度从几十微米到数毫米不等。它是在强烈搅拌的聚合物稀溶液中注入大量凝固剂，或者将聚合物溶液以细流的形式注入高速搅拌的凝固浴中沉析而获得的纤维。目前常见的沉析纤维有芳纶沉析纤维、壳聚糖沉析纤维、纤维素沉析纤维以及聚合物沉析纤维，其中，芳纶沉析纤维多用于造纸工业方面，壳聚糖沉析纤维则多用于生物医学材料领域。
1 沉析纤维的制备及性能
沉析纤维是聚合物溶液在高速剪切的凝固浴中瞬间形成的，时间大约为10-5 s，因此沉析纤维形成过程中各影响因素的控制对其性能具有重要影响。
沉析纤维成形过程中，首先可将聚合物溶液看作一种具有一定粘弹性的非牛顿流体，其在高速剪切的凝固浴中被液体的剪切力迅速拉伸变形。在聚合物溶液被拉伸变形的同时，凝固剂则透过凝固浴与聚合物溶液的界面渗入其内部，随着聚合物溶液内部凝固剂浓度的升高，聚合物溶液由液态逐渐向固态转变。聚合物溶液被拉伸变形、凝固剂向溶液内部渗透和聚合物溶液由液态逐渐向固态转变同时发生，直至达到一临界值 ―― 高速剪切凝固浴的剪切力不能再使逐渐凝固的聚合物液滴产生形变为止，即形成沉析纤维。
在沉析纤维的制备过程中，聚合物溶液性质(浓度、黏度、温度、离子含量等)、凝固浴性质(溶剂与凝固剂配比、凝固浴温度、离子浓度等)和剪切速率(大于12 s-1)是影响沉析纤维形成及其性能的主要因素。
1.1 芳纶沉析纤维的制备及性能
芳纶沉析纤维是将芳纶溶液加入凝固浴体系中高速剪切形成的，随着聚合物溶液浓度、凝固浴性质及剪切速率的改变，沉析纤维的厚度、长度、粘结性能、保水率等性能将发生改变。研究发现，芳纶沉析纤维具有良好的粘合和抱合性能，添加到芳纶纸或复合材料中可显著提高纸张及复合材料的强度和撕裂性能，另外还能够改善电绝缘性、化学稳定性和耐辐射性等。
日本的Mitsui H等用自制的芳纶沉析纤维制备了云母纸，并测试了沉析纤维和云母纸的热性能、介电强度等;Liang R F等研究了不同液体介质中芳纶沉析纤维的形状、浓度与悬浮液动力黏度之间的关系，其研究对沉析纤维制备过程中形成机理的分析和制备工艺的选择具有一定的指向意义。
Zhang S F等人运用原子力显微镜研究了芳纶沉析纤维之间以及沉析纤维与芳纶纤维之间的粘附力情况。结果显示，沉析纤维之间的粘附力远大于沉析纤维与芳纶纤维之间的粘附力，有力地证明了沉析纤维良好的黏合和抱合性能是赋予芳纶纸优异机械性能的关键。
此外，尤秀兰博士论文对对位芳纶沉析纤维的制备和形成机理进行了初步研究，分析得出对位芳纶沉析纤维的最终长度受到剪切速率、凝固浴的扩散速率、液滴的初始尺寸、浆液与凝固液黏度比等因素的影响;安泳玉等人利用染色后的聚合物溶液制备沉析纤维，以观察其在界面聚合反应器中的破损现象，分析得出界面聚合反应中液滴破损参数的表达式，从而为分析聚合物液滴破损及沉析纤维形成过程提供了一种很好的方法;Han L对芳纶沉析纤维的流变性能进行了研究，通过对特性黏度的测量和外延黏度测量分析得出悬浮液黏度对芳纶沉析纤维的黏度有极大的增强效应。
1.2 壳聚糖沉析纤维的制备及性能
壳聚糖沉析纤维的制备首先要制备得到低分子量壳聚糖，再用醋酸或盐酸体系溶解低分子量壳聚糖得到聚合物溶液，以NaOH水溶液作为凝固浴，通过高速剪切制备壳聚糖沉析纤维。壳聚糖沉析纤维具有较好的物理性能和生物医学性能，在生物医用及组织工程材料领域具有良好的应用潜力。
Kucharska M等人提出了一种用生物壳聚糖、壳聚糖-海藻酸盐沉析纤维制造敷料海绵的工艺，并探讨了敷料海绵的生物及物理机械性能。研究显示，此类方法制得的敷料海绵具有较好的物理性能(吸收能力)和生物性能(止血性能)。另外，Wawro D等人根据波兰生物聚合物和化学纤维研究所所阐述的方法制备得到一种壳聚糖微元沉析纤维，探讨了聚合物溶液和凝固浴的流动速度对微元沉析纤维形成及性能的影响，并确定了适合微元沉析纤维形成的最优纺丝液;Salmon S等人利用两种不同的剪切沉淀方法制备得到壳聚糖粉末和壳聚糖沉析纤维，实验主要发现，添加壳聚糖沉析纤维所制得的纸张与传统的纤维素纸具有相似的润湿、撕裂、折叠以及书写性能。另外研究还发现，采用壳聚糖沉析纤维制得的纸张在经过简单的乙醇后处理后，可获得更好的拉伸和光学性能。 1.3 其他沉析纤维
除上述介绍的芳纶沉析纤维和壳聚糖沉析纤维之外，对其他种类沉析纤维的研究也已有所展开。Wrze?niewska-Tosik K等人利用天然聚合物海藻酸钠和从羽毛中提取的角蛋白制备聚合物溶液，再于高速剪切凝固浴中制得海藻酸钠-角蛋白沉析纤维，这类复合纤维材料的特点是具有较好的吸附性能，在医用敷料方面具有良好的应用前景;B. KALB等人研究分析了纤维素沉析纤维形成过程中各影响因素对其成形过程的影响情况。除此之外，Jó?wicka J等人还研究了在纸张制造过程中利用改性的马铃薯淀粉纤维和沉析纤维来代替纤维素纤维。结果发现在添加了7.5%的淀粉沉析纤维作为粘合剂以及用15%的淀粉纤维作为纤维素纤维的替代物之后，在潮湿环境下纸张的强度增加了 4 倍。
2 沉析纤维的应用
2.1 芳纶纸及其复合材料应用
在芳纶纤维问世后，DuPont(杜邦)公司经过几年攻关成功制备了芳纶纸。到目前为止，与芳纶纤维和芳纶纸等相关的专利达数万项，形成了严密的专利群，且主要集中在欧美日等国家和地区的极少数几个公司手中。如帝人特瓦隆有限公司所申请的专利CN1890432A中就利用芳纶沉析纤维制备得到了一种对位芳族聚酰胺沉析纤维膜。
与申报大量专利形成鲜明对比的是，我国在沉析纤维和芳纶纸方面的研究文章还不多。有研究者探讨了表面改性对芳纶纸性能的影响，主要是利用磷酸对芳纶纸进行表面改性，结果表明，磷酸氧化处理增加了芳纶纤维的表面粗糙度和氧含量，并且提高了芳纶纤维与芳纶沉析纤维间的抱合力，从而改善了芳纶纸的抗拉强度。文献[7]中，研究者利用芳纶沉析纤维制备得到云母纸，通过测试其各项性能后发现，这种云母纸可以显著改善热电阻并具有较好的耐反复弯曲性，尤其适用于高电压的旋转电机的绝缘系统。
芳纶纸还广泛应用于电器的绝缘材料中，比如在牵引机车电机中使用芳纶纸，就可以提高电机产品承受过热和超负荷的能力。另外，如果利用芳纶纤维纸对传统变压器进行改造，可以明显提高设备的容量。近年来芳纶浆粕增强橡胶复合材料在胎面胶中的应用变得极其广泛。黄志义等人通过预处理，使得芳纶浆粕纤维均匀分散在橡胶复合材料中，从而制得高度各向异性的胶料，进一步提高了轮胎胎面的耐久性和耐磨性;任玉柱等人则通过实验研究了不同的预处理方法对芳纶浆粕/HNBR复合材料性能的影响，研究结果表明，所采用的白炭黑预处理过后，复合材料挤出性能改善。
2.2 在生物医用材料方面的应用
近期有研究者报道了用壳聚糖等天然聚合物材料制备沉析纤维的方法及其在组织工程材料方面的应用情况。
有研究者利用壳聚糖沉析纤维、壳聚糖-海藻酸钠沉析纤维复合材料制备了两种敷料海绵，并进行了各种性能的比较测试。结果显示，壳聚糖和壳聚糖/海藻酸钠的微元沉析纤维制备的海绵具有良好的物理机械和生物性能，可应用于不同阶段伤口的治疗。壳聚糖/海藻酸钠微元沉析纤维制备的海绵能吸收相当于其自身17倍重量的水，而壳聚糖微元沉析纤维制备的海绵只能吸收相当于其自身 8 倍重量的水。
另外，文献[13]研究了制备壳聚糖微元沉析纤维聚合物溶液的性能，并利用壳聚糖微元沉析纤维制造非织造布。研究者利用两种不同的纺丝液溶剂(醋酸和盐酸)制备得到壳聚糖溶液。研究发现，利用稀盐酸溶液制备得到的壳聚糖溶液所制备的壳聚糖微元沉析纤维的尺寸比较稳定，潮湿条件下直径范围在 1 ～ 3 μm之间，长度为100 ～ 300 μm，该沉析纤维尺寸正好适于制造卫生用非织造布。
文献[14]研究发现，采用壳聚糖沉析纤维可以制备与传统纤维素纸张相似的壳聚糖沉析纤维纸。利用剪切沉淀的方法制得的壳聚糖沉析纤维呈带状，这种带状结构以及聚合物的亲水性使得壳聚糖沉析纤维适于形成片状的纸张，扁平的结构和大量的氢键使得沉析纤维间结合紧密，从而赋予纸张良好的物理机械性能。
另外，纤维素沉析纤维所制得的高孔隙率多孔材料在生物医用材料方面也得到了广泛的应用。
3 问题与展望
目前，国内外对沉析纤维的研究大多集中在制备工艺的选择和优化以及对沉析纤维形貌、尺寸的观察方面，而对制备过程中各因素与沉析纤维的形貌、尺寸、性能之间的关系尚未能进行深入系统的研究，特别是对沉析纤维形成机理的研究极少。因此，未来研究重点将集中于以下几方面：
(1)沉析纤维在高速剪切凝固浴中形成，因此稳定剪切速率是制备尺寸和性能稳定良好沉析纤维的主要因素，故可对产生高速剪切的设备进行优化设计;
(2)金属离子不仅对沉析纤维成形过程具有重要影响，其残留含量对沉析纤维及芳纶纸和复合材料的电绝缘等性能具有关键影响，可从聚合入手，选择可替代金属盐的中和剂;
(3)当前制备沉析纤维大多是在室温条件下，而通过调节环境温度可实现对聚合物溶液黏度、凝固浴扩散系数等沉析纤维形成过程中主要性能影响因素的调控。
参考文献
[1] Zhang S F，Zhang M Y，Li K C. Adhesion force between aramid fibre and aramid fibrid by AFM [J]. Polym. Bull，2010，66(3)： 351-362.
[2] 陆赵情，张美云，花莉. 聚芳酰胺纤维纸[J]. 中华纸业，2002(11)：35-37.
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[5] Yao L R，Kim K，Kim J. Fabrication of meta-aramid fibrid by precipitation[J]. Fibers and Polymers，2012，13(3)：277-281.
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