高速离心纺制备纳米纤维原理研究

提出了一种区别于静电纺丝的新型制备纳米纤维方法的高速离心纺,它具有无高压、产量高、机构简单等优点,目前处于研究起步阶段.采用尼龙6(Nylon 6)溶液,研究高速离心纺制备纳米纤维时工艺参数、转子几何参数与转子转速等因素影响纳米纤维的直径、形貌的作用规律.研究成果能够更好指导高速离心纺制备有序纳米纤维理论研究,随着高速离心纺制备纳米纤维技术研究成熟,它在商业中的应用将逐渐实用化、普及化.     

鞘气聚焦电纺射流喷射的电学特性

开展了鞘气聚焦高效率纺丝射流喷射的研究。搭建了带有微弱电流检测模块的鞘气聚焦电纺喷射实验平台,讨论了鞘气约束作用下纺丝射流的流变与运动行为,结合理论模型分析了鞘气供气压强等工艺参数对纺丝电流的作用规律。实验显示:鞘气聚焦促进了射流的拉伸细化,降低了射流喷射临界启动电压,减小了纳米纤维的直径、提高了电纺纳米纤维的均匀性。当供气压强由0kPa上升到50kPa时,射流喷射平均临界启动电压由10.2kV降低至2.9kV;施加电压为4kV时,经4.4s产生峰值为532nA的冲击电流,稳定喷射阶段纺丝电流为300~500nA。鞘气聚焦还减小了射流直径和表面电荷密度,纺丝电流减小至没有鞘气聚焦时纺丝电流的1/7;纺丝电流随着鞘气压强、喷头至收集板距离的增加而降低,随着施加电压和溶液质量百分数的增加而增大。得到的结果表明:鞘气聚焦抑制了射流喷射过程的电荷干扰,减小了纺丝射流直径,提高了静电纺丝的稳定性。该方法为改善静电纺丝技术的控制水平提供了新的途径。     

溶剂挥发对静电纺丝纳米纤维支架直径与沉积的影响

为实现静电纺丝纳米纤维生物支架的可控制备,实验研究了不同溶剂挥发速度对聚己酸内酯(Polycaprolactone,PCL)纳米纤维直径和纤维沉积面积的影响。首先,使用挥发速度不同的溶剂分别配制相同浓度的PCL纺丝溶液,在外加电压为15kV,纤维接收距离为12cm的条件下进行静电纺丝;然后,利用钨灯丝扫描电镜测量所制备的纳米纤维直径和沉积面积,并使用最小二乘法拟合计算实验数据,推导出溶剂挥发速度与纤维直径和纤维沉积面积的比例关系。结果表明,随着溶剂挥发速度的增加,纳米纤维的平均直径从98nm(标准偏差为21.14nm)上升到205nm(标准偏差为38.83nm),溶剂挥发速度与纤维直径的比例关系为:d∝N0.25i;纤维的沉积面积从143cm2下降到35cm2,溶剂挥发速度与纤维沉积面积的比例关系为:S∝N-0.18i。实验结果和建立的比例关系式能够为纳米纤维生物支架的可控制备提供可靠的数据基础和理论指导。     

电纺直写纳米纤维在图案化基底的定位沉积

为进一步提高单根电纺丝纳米纤维的定位沉积和形貌控制水平,基于近场静电纺丝技术,研究了单根直写纳米纤维在无图案硅基底的沉积行为;仿真分析了图案化硅基底上方的空间电场分布;采用图案化硅基底作为收集板,实验考察了微图案形状、收集运动速度等因素对单根纳米纤维定位沉积的影响规律。实验结果显示,电纺直写技术具有良好的定位精度,可将直径为100～800 nm的纳米纤维精确定位于直径仅为1.6μm的圆形微图案阵列上表面;收集板运动速度较小时,受电场力影响纳米纤维沉积轨迹将朝微图案偏移7μm;收集板运动速度进一步减小时,纳米纤维在基底微图案附近或上表面产生聚集;长条形微图案对纳米纤维沉积过程具有良好的引导与约束作用。得到的结果表明,基于近场静电纺丝的直写技术可较好地实现单根纳米纤维在图案化硅基底的精确定位沉积。     

静电纺丝制备有序纳米纤维的研究进展

静电纺丝法是目前制备纳米纤维最直接最有效的方法,有序排列的纳米纤维具有独特的光、电、磁等性质,但是静电纺丝法所制备的纳米纤维杂乱无章的无纺结构限制了静电纺丝在许多领域的应用.文章介绍了静电纺丝的基本原理,综述了目前制备有序纳米纤维的一些有代表性的方法,并分析了各自的优缺点.     

线型静电纺丝泰勒锥自组织成形影响分析

采用一种自制线型自由液面静电纺丝装置考察聚合物溶液浓度、工作电压、喷头转速及电极丝直径4个工艺参数对聚合物泰勒锥成形及其线密度的影响，应用响应面法设计实验方案，同时建立工艺参数与聚合物泰勒锥尺寸间的数学模型，量化响应与输入间的关系。实验中泰勒锥平均尺寸为0.327～0.797 mm，相对标准偏差为8.19%～14.31%，平均线密度为0.583～0.237 pcs/mm。研究结果表明：一定条件下PVDF泰勒锥平均直径随着聚合物溶液浓度、工作电压的增加而减小，随着电极丝直径的增加而增大，受喷头转速影响较小；并得出上述4个因素对泰勒锥平均直径的影响由大到小依次排序为：电极丝直径、溶液浓度、工作电压、喷头转速。     

电纺压电聚偏二氟乙烯有序纳米纤维及其在压力传感器中的应用

针对传统静电纺丝法制备聚偏二氟乙烯(PVDF)压电纤维工艺复杂和效率低等问题,提出了采用滚筒收集方式制备PVDF有序纳米纤维的方法。通过改变滚筒转速收集纤维,得到了有序程度不同的PVDF纤维膜。用傅立叶变换红外光谱(FTIR)分析了有序纤维膜β晶相的含量,并利用NI数据采集卡在相同条件下测试了纤维膜的压电特性。结果表明:随着滚筒转速提高,纤维有序度增强,β相的含量提高,压电电压输出也明显增大,由此得知滚筒转速变化对β晶相的含量及压电输出电压的影响规律基本一致。基于得到的结果,设计制作了利用该有序PVDF纤维膜的压力传感器,并在不同气压下进行了动态响应测试。结果显示:所制备的PVDF有序纤维压力传感器在0.145~0.165 MPa下的电压输出随气压的增加呈线性增大,表现出了良好的线性度,其灵敏度达179mV/kPa。采用该种方法制备PVDF纤维对研制动态压力传感器极有意义。     

熔体静电纺丝法制备mLLDPE纤维的研究

茂金属催化剂聚合得到的线性低密度聚（mI。LI）PE）纤维是近年来发展非常迅速的一种塑料品种,正在逐渐地取代传统聚乙烯产品。本文研究了熔体静电纺丝法制备线性低密度聚乙烯纤维,通过添加剂改性,首次成功制备了直径为10～80μm的mLLDPE纤维。对不同纺丝参数,包括纺丝电压、接收距离、纺丝温度及添加剂用量对mLLDPE纤维直径与形貌的影响进行了研究,得到熔体静电纺mLL-DPE的最佳条件为纺丝电压25kV、接收距离2cm、纺丝温度160℃、聚乙烯蜡添加量30％。对mLLDPE纤维的结晶性能与纺丝温度及聚乙烯添加量之间的关系也进行了探讨。     

静电纺丝制备中空纤维的研究进展

一种能够制备壳-芯型(Core-Shell)纳米结构的同轴射流技术正引起人们的关注,该方法与传统的制备纳米纤维的模板合成法相比,步骤更加简单,一步便可制备中空纳米管,被认为是静电纺丝技术三大最新进展之一,介绍了静电纺丝制备中空纤维的原理,分析了纺丝工艺对纤维形貌的影响,综述了中空纤维静电纺丝的发展现状,并对中空纤维的应用领域进行了介绍.     

电纺氧化硅凝胶亚微米光波导

利用静电纺丝技术制备了有机硅微纳凝胶光纤.在酸性条件下对正硅酸乙酯(TEOS)和正辛基三乙氧基硅烷(Octyl-triEOS)进行水解缩聚,同时掺杂氧气敏感荧光指示剂tris(4,7-diphenyl-1,10-phenanthroline) ruthenium( Ⅱ) chloride[Ru(dpp)3Cl2],反应形成黏稠的溶胶溶液.然后,在10 kV高压静电场作用下对溶胶进行静电纺丝,获得直径为900 nm的凝胶纤维,并对拉锥后的多模光纤与电纺制备的微纳光波导纤维进行倏逝场光耦合,同时检测该纤维的氧气传感特性.实验结果表明:电纺制备的纤维具有光滑的表面结构,直径均匀,能够与拉锥后的光纤进行强烈的倏逝场耦合,同时激发纤维内部荧光指示剂,发射595 nm荧光.该纤维具有明显的氧气敏感性,在氧气浓度为0％～100％(体积比)时,荧光淬灭程度I0/I与氧气浓度呈线性关系,响应时间低于100 ms.     

高速钢双扫描雾化沉积工艺中喷嘴扫描频率研究

通过计算仿真并结合高速钢试验研究了喷嘴轴线在沉积盘上扫描过的花样曲线,发现仅凭提高喷嘴扫描频率或沉积盘旋转速度的方法来获得规则的圆柱形沉积坯并不合适,研究认为,喷嘴扫描频率与沉积盘旋转速率的最小公倍数是决定沉积坯最终形状和沉积坯内温度分布的关键因素,只要两者的最小公倍数足够大,即使在很低的扫描频率和沉积盘旋转速率下也可以得到规则的圆柱形沉积坯。     

浅槽环瓣型浮动环密封的动态特性分析

在浅槽环瓣型浮动环密封静态性能分析的基础上,对其动态特性进行了研究分析。利用Reynolds方程,通过计算微小位移或速度扰动对液膜动压力的影响获得液膜的刚度和阻尼,然后结合系统结构分析其稳定性。结果表明：浅槽环瓣型浮动环密封具有相当优越的稳定性,具有相当大的刚度和非常迅速的反应速度;密封腔压强、转速对于刚度系数、阻尼系数及系统的稳定性具有较大影响,其中刚度和阻尼随压强的增大而增大,随转速的增大而减小,超调量和调整时间随压强的增大而减小,随转速的增大而增大。     

Bioactive Sheath/Core nanofibers containing olive leaf extract

This study aimed at producing silk fibroin (SF)/hyaluronic acid (HA) and olive leaf extract (OLE) nanofibers with sheath/core morphology by coaxial electrospinning method, determining their antimicrobial properties, and examining release profiles of OLE from these coaxial nanofibers. Optimum electrospinning process and solution parameters were determined to obtain uniform and bead‐free coaxial nanofibers. Scanning electron microscopy and transmission electron microscopy (TEM) were used to characterize the morphology of the nanofibers. The antimicrobial activities of nanofibers were tested according to AATCC test method 100. Total phenolic content and total antioxidant activity were tested using in vitro batch release system. The quality and quantity of released components of OLE were determined by high‐performance liquid chromatography. The changes in nanofibers were examined by Fourier‐transform infrared spectroscopy. Uniform and bead‐free nanofibers were produced successfully. TEM images confirmed the coaxial structure. OLE‐loaded nanofibers demonstrated almost perfect antibacterial activities against both of gram‐negative and gram‐positive bacteria. Antifungal activity against C. albicans was rather poor. After a release period of 1 month, it was observed that ～70–95% of the OLE was released from nanofibers and it was still bioactive. Overall results indicate that the resultant shell/core nanofibers have a great potential to be used as biomaterials. Microsc. Res. Tech. 79:38–49, 2016. © 2015 Wiley Periodicals, Inc.     

制动过程中闸片材料与制动盘温度关系试验研究

为探讨碳/陶制动盘与不同闸片材料的匹配性,对碳/陶制动盘分别与碳/陶复合闸片、铜基粉末冶金闸片和铁基粉末冶金闸片组成的摩擦副进行制动试验,研究了在制动过程中盘面各点瞬时温度、最高温度、闸片温度与制动工况的关系。结果表明：碳/陶制动盘与碳/陶复合闸片摩擦副温度及温度梯度均高于其他2种摩擦副,其温度梯度在低速制动时随压力的增加而明显增加,当制动速度较高时,温度梯度并没有随压力的增加而增加;对于碳/陶制动盘与铜基和铁基粉末冶金闸片摩擦副,随制动速度和压力的提高,盘面温度梯度变化不明显。原因在于材料导热性和起始摩擦因数决定了盘面的散热能力和制动功率,碳/陶制动盘与碳/陶复合闸片摩擦副因较高的起始摩擦因数以及较低的导热性,其制动功率高和散热能力低,导致盘面温度持续升高。     

High-resolution analysis of engineered type I collagen nanofibers by electron microscopy.

Collagen nanofibers were generated at ambient temperature and pressure by electrospinning a 1 wt% solution of type I collagen and polyethylene oxide. Products were imaged with high-resolution scanning electron microscopy (HRSEM) at medium (approximately 30,000 x) and high magnifications (approximately 100,000 x) and with transmission electron microscopy (TEM). The capacity to produce collagen nanofibers may lead to the generation of extracellular matrix-based fabrics with applications in the fields of wound healing and tissue engineering.     

低温沉积成形与电纺丝成形多尺度组织工程支架的多物理场耦合分析和试验研究

为了弥补快速成形技术(Rapid prototyping,RP)只能成形带有直通孔的组织工程支架,提出采用低温沉积成形(Low-temperature deposition manufacturing,LDM)和电纺丝合成形具有多尺度孔隙结构的支架。为模拟成形的过程,将水平集合法(Level set method,LSM)应用于液固相变过程中追踪自由边界的研究,结合传热理论和不可压缩Navier-Stokes(N-S)方程的基础,引入凝固干扰项描述凝固对流动变形的影响,建立LDM材料凝固和变形的数学模型,模拟液体材料的凝固和同时产生变形这一多物理场耦合问题,并使用空间静电场本构方程分析"针对板"式电场结构的电场分布,通过高速CCD记录LDM的变形和凝固过程及电纺丝的鞭动过程,数值模拟结果与试验结果较为吻合,为确定成形环境温度、成形速度、电纺丝接收面积和接收距离等工艺参数提供了理论指导,试验结果证明所采用的理论方法有效、可靠。     

稳压器喷雾阀阀芯倒角尺寸对流动的影响

V型旋转式阀芯具有流阻小,切断性能好,调节精度较高的特点。为了减小阀芯旋转时流体在阀芯和阀座棱边上剪切力以及阀门形阻系数,通常在阀芯的棱边上加工倒角来达到此目的,研究稳压器喷雾阀V型阀芯棱边不同倒角尺寸时,阀内流体流动时在阀芯与阀座上的产生的剪切力大小,以及阀芯棱边取不同倒角尺寸时对流动的各参数的影响。采用CFD软件fluent,基于RANS方程,采用有限体积法进行空间离散,使用K-ε湍流模型和SIMPLE算法,针对阀芯不同的倒角尺寸,计算稳压器喷雾阀V型阀芯在关闭时阀门的体积流量,湍流参数,壁面剪切力,形阻系数等各种参数。得到阀芯倒角对流动参数的影响规律。     

A software-based measurement system for testing and analysis of automotive brake squeal

A software-based measurement system using both analogue data acquisition and digital communication via a general-purpose interface bus (GPIB) board has been developed for analysis and evaluation of disc brake squeal. The system is built around a computer and based on commercial software. Brake pressure and torque, rotational speed, five different temperatures, and sound emission are logged once a second. If the sound is characterised as a squeal it is saved to file together with the other parameters. The measurement system is very flexible, allowing for different types of instruments and sensors to be used by adapting the software. Furthermore, the same software is used for evaluation of the collected data. Mechanically, the equipment consists of a complete front wheel suspension where the original brake disc and caliper are mounted in a steel tube chassis. The brake disc is driven by a DC electric motor, while a hydraulic system provides the brake pressure. Brake pressure and rotational speed can be controlled independently.     

基于支持向量回归的小尺寸零件精密测量

为提高小尺寸零件测量精度和速度,提出了基于支持向量回归(SVR)的小尺寸零件精密测量方法。系统以齿形链板为研究对象,对其主要参数进行测量。系统采用透射照明方式,使用A102FCCD数字摄像头采集齿形链板的图像,经过IEEE1394数字接口卡传输到计算机。对含有噪声的原始数字图像实施中值滤波降噪、二值化,轮廓提取及图像旋转等处理,使图像转变成易于检测的单像素宽边缘信息。然后根据齿形链板长度与宽度比例确定待检测区域,以待检测区域内的边缘轮廓上的各像素点构成对应线段的训练集,进行支持向量回归,获得具有亚像素表示的各检测线段的回归函数,并据此对齿形链板的主要参数进行测量。最后,对测量误差进行了分析。测量结果满足零件的公差要求,测量精度可达2 μm。理论分析及实验结果表明,该方法测量速度快,测量精度高,同时对图像平面内旋转、尺度变化、噪声等具有较强的鲁棒性。