静电纺丝多射流稳定喷射的温度调控规律研究

多射流稳定喷射是静电纺丝技术工业化应用的关键,明确环境温度的作用规律是控制纺丝品质的关键。分析了环境温度对静电纺丝溶液电导率、表面张力、介电常数、黏度和挥发性等工艺参数的作用规律,结合静电纺丝电流公式分析溶液参数对多射流静电纺丝喷射行为的调控机理;构建了带有环境温度调控的有针阵列多射流静电纺丝设备,研究了不同环境温度条件下静电纺丝多射流的纳米纤维形貌。结果表明:环境温度是静电纺丝多射流稳定喷射的决定因素,环境温度为35℃～40℃时可以获得稳定的多射流纺丝喷射;纳米纤维直径分布区间为250～400 nm,且纳米纤维直径随着环境温度的升高先减小后增大。     

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。     

基于惯性离心力的径向直线拉伸射流纺丝方法

为提高熔体离心纺丝效率,减小纤维直径,提出了一种直线、径向、无摩擦阻力拉伸射流的离心纺丝方法,并建立了简单的数学理论模型,基于该理论模型确定了纺丝实验设备的关键参数。采用聚丙烯为原料进行间歇式熔体离心纺丝时,在距离离心旋转盘边沿1∽2 mm处采集纤维的最大直径范围在6.5∽10.5 μm 之间;根据熔体流量和形成初始射流的喷孔内径,得出纤维细流最大径向速度与旋转盘线速度的偏差小于18%,表明该理论模型是有效的。采用连续生产模式时,在得到聚丙烯纤维平均直径为0.8 μm,转速为8 000 r/min的条件下,测得其熔体离心纺丝效率为0.820 g/min。     

用平行辅助电极控制电纺纤维毡的宽度

静电纺丝方法收集的一维微米或纳米级纤维是随机取向的，这限制了它的应用。本研究使用辅助电极控制纺丝过程中纤维分布而使纤维取向。由于辅助电极形成的静电场是一个会聚电场，从而控制了旋转收集滚筒上纤维的分布。结果表明，平行辅助电极使电纺毡纤维密度明显提高，而纤维平均直径没有明显的变化。可见，在旋转的收集滚筒上使用辅助电极是控制纤维分布的有效方法。     

双锥面熔体微分静电纺中电场分布的有限元分析

为获得最佳的熔体微分静电纺丝结构参数,采用有限元分析软件ANSYS对多层锥面无针熔体微分静电纺丝中的电场分布进行模拟,分析了双锥面特征设计参数对纺丝尖端场强的影响,分别讨论了内圈直径和内圈伸出距离对内外圈纺丝尖端及纺丝路径场强分布的影响。ANSYS数值模拟结果表明:增加锥面层数会减弱最外圈纺丝尖端的电场强度;对于双锥面熔体纺丝装置,内锥面直径大小对纺丝尖端场强分布的影响不明显;当内锥面伸出距离增大时,内外圈纺丝尖端场强的差值先减小再增大;当内锥面直径为26 mm,内圈伸出距离为6 mm时,内外圈纺丝尖端电场强度分布最相似,能够保证内外锥面制备的纤维射流间距相同,实验结果和模拟结果一致。     

电压和辅助气流对狭缝式熔体微分电纺的影响

采用自主设计的狭缝式熔体微分静电纺丝装置,使用聚丙烯（PP）材料进行熔体静电纺丝,研究了电压对射流根数的影响,同时探究了辅助气流对纤维直径的细化作用。试验结果表明：当挤出机端温度为200％,流道温度为230℃,纺丝距离为90mm,流量大小为0．8g／min时,射流根数随着电压增大而增加;当电压为50kV时,射流根数达到最大,为24根。纤维直径随辅助气流速度的增大而减小;当电压为50kV,辅助气流速度为8m／s时,纤维平均直径可达到1．55μm。     

添加剂对静电纺丝素纤维形貌与结构的影响

在再生丝素/甲酸纺丝液中加入LiBr和Na2B4O7等电解质后进行静电纺丝。采用SEM观察纤维的形貌和IR测定结构,与纯丝素电纺丝比较分析。结果表明,在质量分数为11%的丝素纺丝液中加入1%LiBr和0.8%Na2B4O7的电纺丝完全消除了珠状纤维及断头,形成细而均匀的规整纤维。电压为26kV,极距为12cm的电纺丝平均直径在120nm和139nm,最小直径为36nm和78nm,加入1%LiBr的电纺丝素β折叠构象增加。     

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。     

静电纺纳米纤维的工艺原理、应用及发展前景

静电纺丝是一种新技术,它可制备出直径为纳米级的丝,最小直径可至1nm.本文介绍了电纺丝制备原理、设备、影响纤维性能的主要工艺参数,综述了静电纺纳米纤维的应用及其发展前景.     

氯化锂对静电纺PVA溶液稳定段射流的影响

静电纺丝过程中,当溶液完全绝缘或施加电压不够高时,静电力不能克服溶液的表面张力,纺丝无法进行。为克服这个问题,在溶液中加入盐。用聚乙烯醇纺丝液,当添加的LiCL质量分数不同时,纺得的纳米纤维直径从大到小排列顺序为：1% LiCl>0.8% LiCl>0.5% LiCl>0.2% LiCl。研究了LiCl质量分数对于轴向坐标的射流半径的影响机制,推导出直线段（稳定段）部分射流半径与轴向坐标符合如下关系, 的关系,并通过测量添加不同质量分数LiCl的聚乙烯醇纺丝液的射流半径进行实验验证,结果表明实验值与理论值完全吻合。