静电纺取向纳米纤维制备技术的研究进展

传统的非取向静电纺纳米纤维微观结构杂乱,力学性能较差,其应用范围相对较小;而取向纳米纤维具有各向异性的结构和润湿性能,其力学性能、尺寸稳定性和导电率更高,因此,其应用前景更加广泛。系统介绍了近年来国内外制备取向纳米纤维的方法与技术,包括旋转辊轴收集装置、平行排列的电极装置、辅助电极装置和其他一些方法,并深入分析了各种方法的优缺点。分析结果表明,引入辅助电极控制射流的运动,再利用其他装置收集纳米纤维,是目前静电纺取向纳米纤维制备技术发展的方向。     

聚丙烯腈/聚氨酯透明膜的制备及其性能

为改善静电纺聚丙烯腈/聚氨酯(PAN/PU)纳米纤维透明膜的力学性能,在静电纺丝过程中采用旋转滚筒作为接收装置,并经热处理的方法制备取向性PAN纳米纤维增强PU基(PANNFs/PU)透明多孔膜。借助扫描电子显微镜、红外光谱仪、多功能拉伸仪表征纤维膜的形态结构和力学性能,并讨论了不同纺丝转速对PANNFs/PU膜力学性能的影响。结果表明:随着接收滚筒转速的提高,PAN/PU多孔膜中纤维沿着滚筒旋转方向排列的趋势越来越明显;当滚筒转速为1 500 r/min时,PAN/PU多孔膜沿滚筒旋转方向断裂应力为103.3 MPa;当PANNFs-PU透明膜沿滚筒旋转方向的断裂应力达到306.8 MPa,垂直滚筒旋转方向的断裂应变达到163.1%,PANNFs/PU透明膜的力学性能相比于PAN/PU多孔膜显著提高。     

取向聚乳酸纳米纤维的制备及其性能

静电纺取向纳米纤维具有各向异性的微观结构与较高的力学性能,因此具有更广泛的应用。利用一种新型的静电纺收集装置制备取向聚乳酸(PLLA)纳米纤维,该收集装置包括一个旋转的滚筒和两块平行电极。为进一步研究该收集装置制备取向纳米纤维的机理,利用Ansoft Maxwell电磁模拟软件模拟了静电纺过程中的电场分布。制得的取向PLLA纳米纤维的直径为(405±102)nm,扫描电子显微镜(SEM)显示,该PLLA纳米纤维具有较好的取向性,取向排列程度为91.2%。力学拉伸试验显示,取向PLLA纳米纤维的力学性能具有各向异性,其拉伸强度、断裂伸长率和杨氏模量都远大于普通非取向PLLA纳米纤维。     

静电纺丝制备具有纤维取向和大孔结构的纤维网

静电纺丝是制备纳米纤维简便而有效的方法,然而由传统平板收集的纤维网中纤维不能形成有序的排列,并且孔隙较小,影响其应用。采用带有冲孔的金属滚筒作为接收装置收集静电纺聚己内酯纤维。试验表明:纤维收集1 h时,纤维网能在接收装置冲孔处形成圆孔形状,随着收集纤维的增多,圆孔形状逐渐模糊,4 h时基本消失。电镜图片显示,在纺丝1 h时,纤维网中纤维有两种密度的排列,圆孔处密度小(即形成大孔),周围密度大;并且,纤维的取向排列也不同,在圆孔处纤维的取向度高,而在周围取向度低。     

制备纳米纤维的静电纺丝接收器研究进展

静电纺丝是制备纳米纤维的重要方法,在众多领域具有较强应用价值,引起广泛关注。所得纳米纤维的取向和结构对其性能有重要影响,近年来研究主要集中于如何获得结构不同、形态各异的电纺纤维材料,以满足不同领域的使用要求。接收器作为静电纺丝装置的重要部分,决定电纺纤维的分布与组合。目前,通过对接收器进行改进已经能够制备三种基本结构电纺纤维材料,分别是排列规则纳米纤维线、图案化纳米纤维膜和三维纳米纤维体。本文简述静电纺丝原理,分别对比三种类型纳米纤维结构制备中所采用的不同接收器结构特点和收丝效果。该综述可供纳米纤维材料制备、静电纺丝装置改进和静电纺丝技术应用等研究参考。     

静电纺取向增强聚丙烯隔膜的性能研究

为解决商业聚丙烯（PP）隔膜横向拉伸断裂强度不高的问题，文章利用静电纺丝在不同转速收集条件下制备聚丙烯腈/聚氨酯（PAN/TPU）取向纤维膜作为PP隔膜的外夹层，制备了（PAN/TPU）-PP-(PAN/TPU)三明治结构隔膜。性能测试结果表明：取向度越高，拉伸强度越高；600、900r/min转速下收集的取向隔膜在2C下具有较高的首次放电比容量，但过度取向的900、1 200 r/min隔膜在大倍率下长时间循环，容量衰减明显。因此认为用适度取向的电纺丝纤维增强PP隔膜才可同时提高拉伸强度和电化学性能。     

有序排列静电纺纳米纤维技术的研究进展

静电纺纳米纤维的有序排列与应用一直是静电纺丝研究的热点,近10年来国内外学者不断设计新型纺丝器、分化区控制装置及改进收集装置,以获得取向纳米纤维。从三方面综述对比了国内外取向纳米纤维的不同技术,指出了有序排列静电纺纳米纤维的发展趋势。     

基于不同纺丝参数下取向纳米纤维的制备及取向度分析

为了探讨溶液性能及纺丝参数对静电纺取向纳米纤维形态的影响,制备不同质量分数的聚丙烯腈(PAN)溶液和加入不同质量分数LiCl的PAN溶液,对溶液黏度和电导率进行测试,并利用旋转的滚筒制备了不同的取向纳米纤维。研究表明:PAN溶液黏度和电导率都随着溶液质量分数的增加而增加,且黏度呈指数增加;而随着LiCl质量分数的增加,PAN溶液的黏度略有下降,而电导率显著增加。相同滚筒转速(2000 r/min)下,PAN纳米纤维的取向排列程度随着溶液质量分数的增加先提高后降低,12%的PAN纳米纤维的取向排列程度最好;而随着LiCl质量分数的增加,PAN纳米纤维的取向排列程度增加。当滚筒转速从1500 r/min增加到2500 r/min,纳米纤维的取向排列程度也增加了。     

辅助电极作用下双喷头静电纺丝电场及射流受力分析

 双喷头静电纺丝过程中,喷头间电场相互干扰,带有相同电荷的两条射流相互排斥,使得纺丝连续性下降且纤网分布不均匀。本文通过在两喷头处各装有相同形状的圆锥形辅助电极来降低电场间的干扰,实验表明,装有圆锥形辅助电极的双喷头静电纺丝射流连续性好,纤网分布均匀且纤维直径更细。最后通过Ansoft Maxwell 3D电磁场分析软件对静电纺丝电场进行建模仿真,并模拟射流受力,从而进一步阐明辅助电极屏蔽电场的作用。     

熔体微分静电纺丝取向纳米线的制备

为获得熔体微分静电纺纳米纤维和取向纳米线,提出旋进气流辅助和辊子收集相结合的熔体微分静电纺丝工艺及装置,通过改变工艺参数可有效调控纤维细度及最终纳米线的取向度。采用扫描电子显微镜观察并测算了纤维的平均直径及取向度,采用Ｘ 射线衍射仪测试了取向纳米线的结晶度。结果表明：旋进气流速度越大,纤维直径越细,当气流速度为20 m/s 时,纤维平均直径达到500 nm;气流速度与辊子旋转线速度越接近,纳米线取向性越好;当接收辊子线速度接近旋进气流速度20 m/s 时,纳米线取向度最好,单喷头制备的数十根纳米纤维聚拢成线,此时取向纳米线的结晶度最高。     

静电纺丝工艺与装置的研究进展

主要综述了通过改变静电纺丝接收装置制取定向、螺旋排列的纳米纤维。列举了添加附加磁场、辅助电极、超声震动等方法而改进了的新型静电纺丝装置。还介绍了多层静电纺丝、混合静电纺丝和同轴静电纺丝。     

工艺条件对电纺纤维影响研究进展

静电纺丝(简称电纺)是在高电压作用下纺丝液从喷嘴口到收集装置并最终形成固态纤维的过程,工艺条件会对静电纺丝过程产生重要影响。本文综述了静电纺丝装置、静电纺丝液和静电纺丝环境等因素对得到电丝纤维的形貌、尺寸和结构等方面影响     

多针头静电纺场强改善的有限元分析

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,但场强控制存在困难。本文采用COMSOL Multiphysics多物理耦合场有限元模拟软件对多针头静电纺丝过程中场强的分布以及大小进行模拟研究,提出不等针长、不等针间距以及纺针圆形排布三种措施来对多针头静电纺场强大小及均匀度进行改进,并通过有限元模拟对上述三种多针头排布方式进行评价。此外,在多针头静电纺工艺的基础上施加辅助电极,旨在通过对电场方向走势的控制来降低纺丝过程中存在的不稳定现象,从而提高纺丝效率。     

静电纺丝理论研究进展

静电纺丝技术是制备纳米纤维普遍使用的一种方法。从上个世纪九十年代提出静电纺的概念后,取得了广泛的应用。介绍计算机模拟静电纺丝原理,包括有序静电纺、多针头静电纺、辅助板喷丝头的电场分布研究。     

熔体微分离心纺丝技术

熔体离心纺丝技术具有纺丝效率高,制备纤维的取向度的优势,但目前仍处于发展初期,所制备纤维直径较粗,相关工艺和纤维细化方法研究较少。对此通过自主研制的熔体微分离心纺丝装置,选用流动性能较好的聚丙烯材料进行熔体离心纺丝研究,在不同条件下进行离心纺丝实验,并引入气流辅助纺丝,大大细化了纤维直径,成功制备了超细纤维;设计了正交实验以探究不同工艺参数对其成纤效果的影响权重,为熔体离心纺丝进一步发展提供一定理论和实验基础。     

气喷-静电纺丝AgNWs-PVDF纳米纤维的制备及其性能

为提高静电纺的纺丝速率及纤维强度，通过同轴静电纺丝针头结合高速气流辅助静电纺，制备AgNWs-PVDF纳米纤维膜。并利用SEM、透气性、过滤性、力学性能、抗菌性能、孔隙率及孔径分布等测试研究了纳米纤维微观形貌结构、过滤、强力和抗菌性能。结果表明：加入AgNWs后，0.5%AgNWs-PVDF气喷-电纺纳米纤维膜的平均直径最低，可达73.85 nm,同时纤维膜的平均孔径、断裂伸长减小，1%AgNWs-PVDF气喷-电纺膜断裂强度最强，达6.52 MPa。随着AgNWs含量的增加气喷-电纺膜的亲水性提高、透气性减小、过滤效率增大，2%AgNWs-PVDF气喷-电纺纤维膜抑菌效果最好，对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌的抑菌圈直径分别为26.23、26.89 mm。     

取向排列丝素蛋白/聚己内酯复合纳米纤维膜的双轴向拉伸性能

以滚筒为收集装置,用静电纺丝技术制备了有序排列的丝素蛋白/聚己内酯(SF/PCL)复合纳米纤维膜。利用FE-SEM和Mat Lab软件对不同转速下收集的SF/PCL纳米纤维的形貌及排列有序程度进行表征;利用双轴拉伸试验仪对纳米纤维膜的力学性能进行测试。结果表明:滚筒转速越大,纳米纤维排列有序程度越高;纳米纤维膜力学性能表现出各向异性,同时具有明显的非线性和非弹性。对实验曲线进行拟合,建立了纳米纤维膜在双轴循环拉伸作用下的拉伸负荷-伸长率数学模型。以滚筒转速为4.70 m/s的试样为例,数学模型拟合曲线与实验曲线具有较高的一致性。     

电场均匀性对单孔静电纺丝的影响

静电纺丝过程中,带电的射流会受到电场的作用。为了获得直径更小且分布均匀的纤维,在单孔静电纺丝装置的基础上,设计1组大小不同的电极和1组形状不同的接收装置的静电纺丝装置,分别在单孔静电纺丝装置中进行静电纺丝对比试验,并用Maxwell软件模拟纺丝装置中电场的分布,试验结果说明,采用尺寸较大的电极或圆锅状接收装置的静电纺丝装置电场分布均匀,纤维直径和纤维毡厚度分布也较均匀。     

静电纺丝理论研究进展

静电纺丝技术是制备纳米纤维普遍使用的一种方法。从上个世纪九十年代提出静电纺的概念后,取得了广泛的应用。介绍计算机模拟静电纺丝原理,包括有序静电纺、多针头静电纺、辅助板喷丝头的电场分布研究。     

取向排列丝素蛋白/聚已内酯复合纳米纤维膜的双轴向拉伸性能

 以滚筒为收集装置,用静电纺丝技术制备了有序排列的丝素蛋白/聚己内酯（SF∕PCL）复合纳米纤维膜。利用FE-SEM和MATLAB软件对不同转速下收集的SF/PCL纳米纤维的形貌及排列有序程度进行表征;利用双轴拉伸试验仪对纳米纤维膜的力学性能进行测试。结果表明：滚筒转速越大,纳米纤维排列有序程度越高;纳米纤维膜力学性能表现出各向异性,同时具有明显的非线性和非弹性。对实验曲线进行拟合,建立了纳米纤维膜在双轴循环拉伸作用下的拉伸负荷-伸长率数学模型。以滚筒转速4.70m/s的试样为例,数学模型拟合曲线与实验曲线具有较高的一致性。