Журнал наноматериалов и молекулярных нанотехнологий

От лаборатории до пилотного масштаба: расплавленные электропряденые нановолокна полипропилена с токопроводящими добавками

Кениг К., Лангензипен Ф., Зейде Г., Даенике Дж. и Шуберт Д.В. 

В данной работе была исследована возможность изготовления полипропиленовых (ПП) нановолокон с использованием проводящих добавок, таких как стеарат натрия (NaSt), олеат натрия (NaOl) и Irgastat, во время электропрядения расплава с помощью лабораторной установки с одним соплом и пилотного устройства с 600 соплами. Различные марки ПП с высокими индексами текучести расплава (MFI = 450-1200 г/10 мин) использовались с различным количеством добавок. Было исследовано влияние добавок на диаметр волокон, тепловые свойства, электропроводность и деградацию полимера. В лабораторных условиях диаметры волокон менее 500 нм были достигнуты с использованием соединения ПП HL712FB, 4 мас.% NaSt и 2 мас.% Irgastat. Лабораторное устройство было расширено нагреваемой прядильной камерой, которая влияет на уменьшение диаметра волокна. Изготовление нановолокон в принципе приписывалось увеличению электропроводности при введении добавок. В пилотном масштабе наименьший диаметр волокна 6,64 мкм мог быть достигнут с PP HL508FB и 2 мас.% NaSt. Сравнение между производством волокон с одним соплом и пилотной установкой показало, что перенос результатов невозможен без дополнительных хлопот. Из-за более длительного времени пребывания в сопле сильная термическая деградация полимера могла быть обнаружена с помощью высокотемпературной эксклюзионной хроматографии, при этом NaOl оказывал наибольшее влияние на термическую деградацию. Высокотекучий расплав PP HL712FB и его соединения не могли быть обработаны с помощью пилотного устройства из-за его низкой вязкости, что приводило к недостаточному давлению, создаваемому внутри фильеры. Другой причиной непрядомости материала является более высокое термическое и механическое напряжение, вызванное предшествующей подготовкой расплавов на этапе экструзии. Необходимы дальнейшие корректировки пилотной установки, чтобы обеспечить постоянное распределение температуры в пластине сопла для достижения равномерного поперечного сечения волокна. Внедрение неравномерного коллектора позволило успешно добиться равномерного осаждения волокон и получения изотропного нетканого материала.