纺织服装与艺术设计分院李想博士所在团队在《Journal of polymer science》《Polymers for advanced technologies》等期刊发表学术论文

研究介绍

日前，我院纺织服装与艺术设计分院功能性纤维与智能纺织品重点实验室楼利琴教授团队李想博士通过研究静电纺纤维的微观结构和宏观形貌，设计制备了具有优秀的防水透湿透气性能的新型微纳米纤维材料，拓展了其在运动用品、生物防护材料、生物敷料等领域的应用。相关系列成果依托绍兴文理学院元培学院功能性纤维与智能纺织品重点实验室，李想博士为第一作者兼通讯作者在国际期刊Journal of polymer science、Polymer for advanced technologies、Polymers发表。

静电纺纳米纤维的微观结构涉及到结晶行为和分子链取向度，直接影响着纤维及纤维集合体的力学，热学和光学等性能。如何将静电纺纳米纤维微观结构和纺丝工艺参数、纤维集合体的性能密切联系起来，预测及进一步精细调控静电纺纳米微观结构，能够为纳米纤维结构的可控加工及其应用开发提供有利的理论依据。基于此，作者对静电纺纤维的微观结构展开探索，研究了纤维在温度和应力条件下分子取向、结晶度及晶体相的演变行为（图1），该研究通过对纤维微观结构的调控可实现其实际应用的需求。相关研究成果以“Structural responses of electrospun PVDF fibers induced by specific stretching and ensuing heating”为题在中科院3区，影响因子3.9，国际期刊《Journal of polymer science》发表。

图1 特定牵伸和加热所诱导静电纺纤维二维广角X光衍射图

在此基础上，作者自行开发一种可改善电场分布的三叉针头式喷嘴，通过电场模拟和实验的方法深入探索由喷嘴装置诱导的电场分布对射流运动、纤维形貌及纤维集合体性能的影响，发现设计的新型喷嘴装置不仅能够增加纤维的产量，均匀的电场分布还赋予纤维膜优良的性能，如7 MPa的拉伸应力和401%的断裂伸长率，85.32 mm s^-1的透气性，及良好的防水透湿性能（图2）。该研究通过喷嘴结构的设计改善了传统喷嘴极为不匀的电场分布，制备出更为均匀的纤维，提高了TPU纤维膜的机械性能及防水透湿透气性能。相关研究成果以“Effect of improved electric field distribution on jet motion, fiber morphology, and properties of electrospun thermoplastic polyurethane fibrous membrane”为题在中科院3区，影响因子3.1，国际期刊《Polymer for advanced technologies》发表。

图2 静电纺纤维膜孔隙率、防水透湿性、透气性及润湿性

进一步，作者采用一步法首次制备出EVOH/Ti₃C₂复合纤维材料，随着Ti₃C₂的载入，复合纤维的晶体结构并未改变，结晶度和热性能得到了明显的提高，同时，纤维膜由疏水转变为亲水，表现出优秀的透气性和力学性能，可拓展应用到生物敷料领域（图3）。相关研究成果以“Preparation and characterization of electrospun EVOH/Ti₃C₂ composite fibers”为题在中科院2区，影响因子4.7，国际期刊《Polymers》发表。

图3 静电纺复合纤维的SEM-EDS元素映射图

作者和团队介绍：

李想博士，绍兴文理学院元培学院功能性纤维与智能纺织品重点实验室负责人，主要研究方向为微纳米纤维的制备。团队负责人楼利琴教授，团队成员徐巧博士为上述成果做出了重要贡献。功能性纤维与智能纺织品重点实验室团队成员主要围绕纤维的功能性进行新材料的探索，目前已形成防水透湿、电热、自清洁三个研究方向。