电纺聚合物纳米纤维的尺寸依赖性蠕变主曲线

　　Exp. Mech.：电纺聚合物纳米纤维的尺寸依赖性蠕变主曲线
　　DOI:10.1007/s11340-020-00593-6 由于聚合物纳米纤维的高强度，人们对其产生了极大的研究兴趣，但目前还缺乏测量其时间-温度叠加（TTS）曲线的方法。这项工作的目的是探索一种这样的方法，从而预测几十年的室温蠕变柔量。另外，还提出了一种附加测量方法来估计相关的活化能。使用片上表面微机步进电机致动器对聚丙烯腈（PAN）纳米纤维进行实验。首次表明该方法与以前的室温测量结果吻合良好。随后，提供了接近于玻璃化转变温度（高达95℃）的数据。构建了时间-温度叠加主曲线，并测定了两个窄直径范围（221±27 nm和150±9 nm）的活化能。221 nm纤维的活化能与本体PAN的值非常吻合，而150 nm纤维的活化能比其高出50％，这表明在较细的纤维中较高的链堆积和较低的链迁移率很重要。给出了跨越七十（221 nm）和九十（150 nm）年的TTS曲线。在这段时间内，每个蠕变柔量都增加了大约10倍。这项工作展示了一种测量聚合物纳米纤维TTS曲线的可行方法，从中可以测定定量活化能，并预测随时间变化的蠕变柔量值。
　　图1.（A）测试平台示意图（未按比例绘制）。（B）右侧为含步进电机的完整测试平台的SEM图像，（C）含环氧树脂纳米纤维的量规部分，以及（D）用于位移计量的梳齿和校准量规的SEM图像
　　图2.在室温下进行常规蠕变试验的数据。（A）通过反馈保持近似恒定的蠕变应力，（B）相应的蠕变柔量曲线。显示[Naraghi，2014年]中的数据以进行比较
　　图3.应力-应变曲线，以测定60℃下的LVE方案。数据是线性的，高达2.5％的应变
　　图4.PAN纳米纤维在室温下的弹塑性行为。（A）三种不同直径的真实应力-应变曲线。这些曲线被一个平行于应变轴的小偏移量移动，以使其可区分（均通过原点）。（B）在应变率为2×10-3 s-1时的弹性模量与直径的关系。（C）屈服强度与直径的关系。（D）弹性模量与屈服强度呈正相关。虚线表示数据趋势的指数曲线
　　图5.在60℃下，试样（d=240 nm）的代表性（A）应力和（B）应变与时间的关系（蓝点）以及相关曲线拟合（绿色虚线）。拟合形式显示在每个图中
　　图6.蠕变柔量随温度的变化，纳米纤维的温度和直径如图所示。请注意，纤维在221±27 nm的狭窄直径范围内，温度是主要变量
　　图7.以室温为参考温度的TTSP。（A）平均直径为221 nm的纳米纤维的主曲线。（B）水平移动因子与绝对温度倒数的关系。（C）平均直径为150 nm的纳米纤维的主曲线。（D）水平移动因子与绝对温度倒数的关系
　　图8.比较粗纤维（平均直径221 nm）和细纤维（平均直径150 nm）的主曲线。参考温度为25℃
　　图9.部分取向和随机取向的PAN纳米纤维的室温蠕变柔量
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　　文章来源：易丝帮