多针头静电纺丝过程中场强的改善

多针头静电纺丝技术被认为是提高纳米纤维产量的有效方法,但是实际生产中针头的场强分布出现严重"边缘效应(End effect)",场强控制存在困难。通过采用COMSOL Multiphysics多物理场有限元模拟软件对多针头静电纺丝过程中场强的分布及大小进行模拟研究,提出了加不等电压和不等针长的措施对多针头静电纺场强的大小及均匀度实施改进,探索最佳改进工艺,并通过有限元模拟对上述方案进行评价。旨在通过对场强大小及均匀性的控制来降低纺丝过程中存在的不稳定现象,均衡场强,从而提高纺丝效率,攻克制约多针头静电纺丝的规模化生产的瓶颈。     

规模化静电纺丝过程中场强的改善研究

多针头静电纺丝技术被认为是提高纳米纤维产量的有效方法,但是实际生产中针头的场强分布会出现严重"边缘效应(End effect)",场强均匀性控制存在困难,影响了纺丝产量的提高和静电纺丝技术的工业化实施。通过采用COMSOL Multiphysics多物理场有限元模拟软件对多针头静电纺丝过程中场强的分布及大小进行模拟研究,提出了一种在纺针周围加金属套管的屏蔽措施对多针头静电纺场强的大小及均匀度实施改进,并通过有限元软件对上述解决措施进行仿真和评价。结果表明,在最佳工艺参数下,场强大小及分布均匀性可得到有效控制和改善,从而减轻或消除规模化静电纺丝过程中场强不均衡现象、提高纺丝场强,达到提高纺丝效率和产量、降低生产成本、提高生产利润的目的。     

静电纺丝技术的应用与发展趋势

静电纺丝技术是目前制备纳米纤维最直接有效的方法,首先简要介绍静电纺丝技术制备纳米纤维的原理及影响所制纳米纤维形貌的因素,然后概括静电纺丝技术在医学、环境保护等方面的应用,详述静电纺丝技术所面临的纳米纤维有序排列、纳米纤维成纱和静电纺技术产业化等一系列难题,并提出了现有的较好的解决方法,最后从理论和应用两方面对静电纺的发展趋势做出展望。     

基于电场结构参数化建模的纺丝机结构优化

针对静电纺丝过程中接收端电场强度较弱等问题,利用有限元分析软件ANSYS对自行设计的新型高压静电纺丝装置工作静电场进行了参数化建模与仿真分析.并利用针对板式和板对板式结构的各自优势,设计了镂空板式结构电极,使最大场强值得以提升.提出了采用附加电场方式优化电场分布形式的方法,场强值下降速度平缓很多,保证了纺丝过程的稳定性.通过对电场主要结构参数的参数化建模完成了工作电场的优化,得到了满足静电纺丝需求和外加电压载荷最小的设计序列.结果表明：电压载荷降低了约10.54%,纤维的取向和排列分布均有很大改善,为下一步研发工艺参数可控的静电纺丝装置和指导试验奠定了理论基础.     

活性碳和LiCl添加剂对聚丙烯腈超细纤维的影响

将活性碳粉末和LiCl粉末分别加入聚丙烯腈纺丝液中,采用滚筒接收的静电纺丝方法制备具有定向排列分布的超细纤维.采用电子扫描显微镜观察纤维表面形态,采用红外光谱仪和X射线衍射仪分析纤维内部结构,采用KES-G1拉伸仪测试纤维膜的力学性能.分析发现:添加剂的加入会改善纤维沿滚筒旋转方向的定向排列程度但都降低材料的拉伸强力;随着活性碳含量的增加,纤维的直径逐渐增加,纤维膜的力学性能变差;而LiCl加入后提高了纤维中大分子的取向排列程度,纤维膜的断裂强度呈现先增大后减小的趋势;当LiCl含量为0.6%时,纤维具有较好的断裂伸长率.     

均衡多针头静电纺丝场强的有限元模拟

针对多针头静电纺丝存在射流相互干扰和场强不均匀的问题,通过改变针头长度、间距及加压方式等参数,利用有限元分析软件对静电纺丝中无法直接观测的高压静电场场强进行模拟,并观察多针头静电纺丝场强分布规律,提出可有效控制多针头静电纺丝场强均匀性的方法:纺针套塑料管、各纺针施加不等电压、纺针不等长.结果表明:塑料管可以使得电荷集聚,从而增加场强,利于节能;额外加压、不等针长能够均匀场强;不等针间距对均衡场强的效果不显著.     

利用静电纺丝技术制备一维纳米纤维材料

静电纺丝技术制备一维纳米纤维是一种有效、便捷的方法.通过高压静电装置提供静电力作为驱动力,使溶液以细流状喷射,经溶剂蒸发,在收集板上得到一维纳米纤维.溶液粘度、纺丝电压和固化距离是影响纤维性能的主要因素,因此,对纤维制备过程参数的调控及装置的改进成为静电纺丝技术研究的热点.     

活性碳和LiOl添加剂对聚丙烯腈超细纤维的影响

将活性碳粉末和LiCl粉末分别加入聚丙烯腈纺丝液中,采用滚筒接收的静电纺丝方法制备具有定向排列分布的超细纤维。采用电子扫描显微镜观察纤维表面形态,采用红外光谱仪和X射线衍射仪分析纤维内部结构,采用KE孓G1拉伸仪测试纤维膜的力学性能。分析发现：添加剂的加入会改善纤维沿滚筒旋转方向的定向排列程度但都降低材料的拉伸强力;随着活性碳含量的增加,纤维的直径逐渐增加,纤维膜的力学性能变差;而LiCl加入后提高了纤维中大分子的取向排列程度,纤维膜的断裂强度呈现先增大后减小的趋势;当LiCl含量为0．6％时,纤维具有较好的断裂伸长率。     

聚焦接收电极制备定向排列纳米纤维阵列

以聚丙烯腈（PAN）/N,N-二甲基甲酰胺（DMF）溶液为纺丝原液,利用静电纺丝方法制备纳米纤维,采用聚焦电极作为纳米纤维接收装置,研究了不锈钢棒数量、接收距离、溶液浓度、溶液流速、电压以及电极转速等参数对于纺丝过程及纤维沉积形态的影响规律。选用聚焦电极作为纳米纤维接收装置不仅可以使获得的纤维集合体呈现悬浮状态,而且使纤维能够定向排列,为扩大静电纺纳米纤维的研究应用提供了便利条件。     

针头探出距离对静电纺纤维沉积状态的影响

静电纺丝工艺被认为是至今为止制备连续微/纳米纤维的最有效的一种方法,是当今一大研究热点。借助于Maxwell电场模拟软件以及具体试验研究了针头探出距离对静电纺纤维沉积状态的影响。结果表明,电场仿真模拟能够较好地解释针头探出距离对纤维条带形态的影响规律。无论在针头-平板式还是在平板-平板式电场结构体系中,针头探出距离都会显著影响沉积纤网的外观,针头探出距离越大,沉积环形纤维条带的周长越大,而且条带变得更加圆整。对于平板-平板式电场结构,纤维条带的圆整度更高,但是外径相对更小。研究结论对指导静电纺丝工艺中喷丝针头的设计将会具有一定的实际意义。