熔纺原理

一、熔纺过程的一般特点熔纺过程包括可纺性聚合物熔体的制备、熔体自喷丝头孔压出、聚合物液流离开喷丝孔后的延伸以及固化后丝条在筒子或类似的卷取装置上卷绕,熔纺过程的示意图见图1。聚合物熔体以挤出速率W自喷头孔中挤出,聚合物液流的初始参数为喷丝头的断面d_0(直径),V_0(平均挤出速度),T_0(挤出温度)。由喷丝头到卷取装置间距离L以恒定线速度(卷绕速度)V_L卷绕丝条,分别由丝条直径和温度所决定。在这两个极限点之间,沿着纺程L,聚合物液流的变形,纺丝熔体的冷却和固化,以及丝条的超分子结构的形式。在熔纺长丝和短纤情况下,通常以气体介质(空气、蒸汽)冷却时,纺程一般为1—5米。为避免骤冷,喷丝头下面设有丝     

静电纺锦纶6纳米级纤维的形态结构

 采用静电纺丝的方法纺制了锦纶6纳米级纤维,分析了锦纶6甲酸溶液质量分数、喷丝头与接收屏之间的距离(C-SD)和电压对纤维形态结构的影响,讨论了上述参数和静电纺锦纶6纤维直径分布之间的关系。结果表明,静电纺锦纶6纤维的直径随着纺丝液质量分数的增加而增加,锦纶6甲酸溶液在质量分数为12%左右时的静电纺丝效果最好;当电压超过15 kV时,纤维的直径随着电压的增加而减小,而且直径的分布趋于集中;C-SD对纤维直径的影响呈现波动性特征。     

静电纺聚乙烯醇/壳聚糖复合纤维的制备

以聚乙烯醇(PVA)和壳聚糖(CS)为原料,使用静电纺丝设备制备复合纳米纤维膜,纺丝液中CS的质量百分数最大为1.3%。探究了纺丝工艺参数对静电纺PVA/CS纳米纤维膜形态结构的影响。结果表明,在一定范围内,静电纺PVA/CS复合纳米纤维的直径随纺丝电压的增大而减小,随着纺丝距离的增大而增大,随纺丝液流量的增加而增加。通过正交试验得到优化的纺丝工艺条件:纺丝电压21kv,纺丝距离14cm,纺丝液流量0.2mL/h,所纺纤维的平均直径为128nm,纤维直径CV值为28%。     

聚氧化乙烯对大豆分离蛋白静电纺丝影响的研究

初步研究了聚氧化乙烯(PEO)对大豆分离蛋白(SPI)静电纺丝的影响,分析了SPI/PEO共混配比和相应过程参数(电压、溶液流速和接收距离)对共混溶液性质和静电纺丝可纺性的影响,通过扫描电镜对所得纤维形态进行了表征.结果表明,随着溶液中PEO含量的增加,体系的粘度增大,电导率下降,得到的电纺纤维形态均一,直径分布较窄,明显改善了SPI的可纺性;电压、溶液流速和接收距离均对电纺纤维的形成及形貌有一定的影响,三者过高或过低都会导致纤维形貌的变化,形成串珠或颗粒. l0wt％ SPI/PEO共混溶液的最佳电纺共混比为70/30,电压为15kV,接收距离为l0cm,溶液流速为1.5mL/h.     

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。     

溶液喷射纺丝参数对聚丙烯腈直径分布的影响

利用溶液喷射纺丝技术,成功制备聚丙烯腈纤维膜。采用扫描电镜观察纤维膜的形貌,探究不同纺丝工艺参数对纤维直径分布的影响。结果表明：纤维直径与聚合物质量分数、聚合物溶液挤出速度、喷丝孔内径呈正比,并且随上述工艺参数的增加,纤维直径分布较为离散;纤维直径与喷射气流的压强、接收距离呈反比,并且随上述工艺参数增加,纤维直径分布逐渐集中。经分析,获得最优工艺参数：聚合物质量分数为12%,喷射气流的压强为0.15 MPa,接收距离为70 cm,溶液挤出速度为0.3 mL/min,喷丝孔内径为0.32 mm。     

气泡熔体静电纺丝制备PLA纳米纤维的探讨

介绍了静电纺丝的特点及气泡熔体静电纺丝的原理.以可生物降解且环境友好的材料——聚乳酸(PLA)为原料,采用气泡熔体静电纺丝技术,实现了纳米级PLA纤维的制备.探讨了加热温度、纺丝电压和接收距离等参数对纺丝过程的影响.试验发现,当加热温度为250℃左右时,纺丝过程可顺利进行;在适宜的纺丝电压和接收距离下,可获得直径较小的...     

聚苯硫醚熔喷可纺性的研究

聚苯硫醚聚合物熔点高、流动性差、熔体黏度大,使其很难进行熔喷纺丝。从4种不同性能的聚苯硫醚原料入手,筛选出适合熔喷纺的原料,进而对熔喷纺丝工艺参数进行探索,分析了聚苯硫醚的熔喷可纺性。结果显示:熔融指数为258 g/(10 min)的聚苯硫醚具有较好的熔喷可纺性。当纺丝工艺参数为:挤出机2 Hz、风机35 Hz、挤出机主体温度340℃、喷丝头温度345℃、风温350℃时,可以纺出连续均匀的聚苯硫醚无纺布,纤维直径为2～5μm。     

静电纺丝拉伸模型与实验

利用珠链纤维模型对静电场作用下聚合物溶液的纺丝拉伸过程进行模拟,通过计算纺丝过程中聚合物射流细度随时间的动态变化,可得到不同工艺条件下所纺纤维的直径。为了验证模型的可行性,采用聚乙烯醇溶液进行静电纺丝实验,初步探讨纤维细度与接收距离之间的关系。实验结果表明,当接收距离在14~40 cm范围内,纤维直径随接收距离的增加有逐渐变细的趋势。通过与模拟结果的对比可以看出,在接收距离小于30 cm时,实验数据和模拟结果吻合较好。     

静电纺尼龙6纳米纤维的排列与最优化

以不同浓度尼龙6／甲酸溶液通过静电纺丝制得的纳米纤维毡为研究对象，确立了溶液性质、电场以及喷丝头到收集装置的距离对纤维匀度、形态和平均直径的影响。研究发现，纺制均匀尼龙6纤维的最佳聚合物溶液浓度为20wt％、电压15kV、纺丝距离8cm。描述了能够生产悬浮于两个接地圆盘之间的束状纤维的简单技术。在与电源正极相连的喷丝头和接地圆盘之间的静电场力作用下，纤维定向排列并被拉伸。改变圆盘间距离和收集时间以系统地研究尼龙6纤维的排列和密度。通过改变收集时间、电压和圆盘间距离，可以控制纤维束里的纤维根数。扫描电镜图片显示，随着圆盘间距离和收集时间的增加，纤维的定向排列程度提高。还全面回顾了使纳米纤维整齐排列的不同装置的设计。     

硬脂酸及辅助气流对熔体微分静电纺的影响

为得到细化的纳米纤维,利用自制的熔体微分静电纺丝装置,在聚丙烯（PP）中添加硬脂酸进行熔体微分静电纺丝,讨论硬脂酸含量对纤维的细化作用,同时探究在纤维下落时,气动抽风装置中的气流速度对纤维牵伸细化作用。实验结果表明：在纺丝温度为260 ℃,添加质量分数为2%~10% 的硬脂酸有助于降低PP熔体的黏度和细化纤维直径;当硬脂酸质量分数为4%时纤维细化效果最好。当通入的气流速度从13m/s 增加到29m/s时纤维直径明显细化（气流最大速度为29m/s）。当硬脂酸质量分数为4%,气流速度为29m/s时,纤维直径大都小于500nm,平均直径可达420nm。     

溶剂及纺丝工艺对静电纺聚砜纤维形貌的影响

采用静电纺丝的方法制备纳米级到微米级的聚砜(PSU)纤维,通过扫描电镜图分析了溶剂、溶液质量分数、纺丝距离、电压和流量等对纤维形态结构的影响。结果表明：在纯DMF溶剂中添加丙酮后,纤维上的珠状物消失,纤维直径略有下降,但随着溶剂中丙酮比例的增加,纤维直径又略有增加。当PSU/ D9A1溶液的质量分数从13%增至20%时,纤维中的珠状物逐渐消失,平均直径逐渐增加;由质量分数为15% 的PSU/D9A1溶液纺得的纤维,随着纺丝距离和电压的增加,纤维上的珠状物数量减少,纤维直径先增加后减小;同样条件下,质量分数增加为20%时,纤维上没有珠状物,纤维直径在1.1~1.7μm之间;当溶液流量从1.5ml/h增至4.0ml/h,纤维直径先增加后减小。     

Effect of nozzle polarity and connection on electrospinning of polyacrylonitrile nanofibers

In this study, two power supplies having positive/ground and negative/ground electrode output ends were used separately for electrospinning of polyacrylonitrile nanofibers. Depending on type of power supply and electrode connection, electrospinning led to different fiber diameters and deposition areas. The nozzle was connected to a high voltage end while the collector was grounded. Regardless of power supply used, finer fibers with a larger deposition area were obtained, compared to that using the same setup but with a reverse electrode connection. With an increase in the applied voltage, fiber deposition area, and productivity increased for all electrode connections. Grounded nozzles provide much better control over fiber deposition than the reverse electrode connections. Finite element modeling was used to analyze the electric field profile in the electrospinning zone. It was revealed that high electric intensity was mainly located in the part that was charged with a high voltage electrode, which could explain the differences in fiber diameter and deposition area.     

高压静电加载形式对聚合物熔体静电直写制备效果的影响

为探究熔体静电直写制备过程中电极正接与反接造成的差异，利用ANSYS对不同高压静电加载形式下纺丝区间的电场强度大小、分布以及电场方向进行了模拟分析，并从产生射流临界电压、射流速度、纤维直径、纤维沉积精度等方面进行了实验对比。模拟结果与实验结果相互印证：电极正接的情况下喷头处电场强度较反接高出14%左右，纤维直径更细，射流速度更快，相同距离下产生射流所需要的临界电压仅为反接的35%～74%;电极反接的情况下接收板位置电场强度较正接高35%左右，电场强度分布更加均匀，电场方向更加一致，更有利于提高纤维在电场中的稳定性，纤维沉积偏差较正接降低35%～51%。     

基于四氢呋喃/二甲基甲酰胺的聚氨酯静电纺丝

分别将四氢呋喃（THF）和N,N-二甲基甲酰胺（DMF）按质量比3:7、4:6、5:5、6:4、7:3混合作为溶剂,并在不同质量分数、电压、接收距离下对聚氨酯溶液进行静电纺丝。结果表明：THF/DMF的质量比对聚氨酯静电纺丝纤维的形貌、直径及其均匀性有显著影响,纤维直径均匀性随THF增多而下降;随着溶液质量分数增大,纤维直径增大,纤维直径均匀性总体上呈下降趋势;电压和接收距离对纤维平均直径的影响没有明显的规律性。实验中制得了平均直径为230 nm,均匀系数为0.23,形貌也较为理想的聚氨酯静电纺丝纤维。     

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。     

Simulating the drawing of spunbonding nonwoven process using an artificial neural network technique

The statistical and artificial neural network (ANN) models are established for predicting the fiber diameter of spunbonded nonwovens from the processing parameters. The ANN of Bayesian frameworks produces smaller prediction errors and thus is determined to be the preferred network. Results show that the ANN model yields more accurate and stable prediction than the statistical model, and a reasonably good ANN model can be established with relatively few data points. Four methods are used to reveal the relative importance of the processing parameters in terms of their effect on the fiber diameter. It is found that the initial polymer temperature plays an most important role in reducing the fiber diameter, while the effect of the initial air temperature is not significant. Using an established ANN model, computer simulations of the effects of the processing parameter on the fiber diameter are carried out. It is found that higher polymer melt index, smaller polymer flow rate, higher initial polymer temperature, higher initial air temperature, and higher initial air velocity can all produce finer fibers. This area of research has great potential in the field of computer-assisted design in spunbonding technology.     

Fiber-on-fiber friction measurement using hanging fiber method

Estimation and evaluation of frictional behavior of delicate materials such as textile fibers is contingent upon existence of accurate experimental methods. In this work, the effect of fiber fineness on frictional behavior of polypropylene fibers was investigated using a developed high-precision experimental setup based on hanging fiber method. Fiber fineness was varied by varying the spinning pump speed during production of melt-spun fibers on an industrial scale melt spinning machine. Data acquisition was achieved using Delphi programming software. A geometrical model capable of evaluating the frictional force between two in-contact identical fibers was proposed. Fiber-on-fiber frictional force was expressed by a third degree polynomial function of fiber diameter. The least value of frictional force was found to belong to fiber diameter of 49.1 μm which corresponds to linear density of 15.5 den. It was concluded that frictional behavior of fibers is influenced by factors such as contact point geometry, rate of fiber strain and profile of generated heat.     

静电纺丝制备聚羟基丁酸酯(PHB)纳米纤维及工艺参数的研究

聚羟基丁酸酯(PHB)作为一种可降解生物材料在组织工程、医药领域有着广泛的应用。通过静电纺丝技术制备PHB纳米纤维毡可使其具备纳米纤维诸多优异的物理、化学性质。主要通过扫描电镜等研究了溶液浓度、电场强度、挤出率和毛细管直径四个工艺参数对静电纺丝技术制备PHB纳米纤维的影响。利用单因素实验得出了PHB纳米纤维可纺的范围,确定了PHB最佳静电纺丝条件:浓度为2.5%、电场强度为0.8kV/cm、挤出速率为1.0mL/h、毛细管直径为0.3mm。     

熔喷过程中纤维直径再次变大的模拟与验证

为直观表达熔喷过程中气流对纤维的拉伸作用,对熔喷过程中的纤维运动进行了数值模拟。首先将熔喷过程中的纤维看作是由麦克斯韦(Maxwell)元件连接的珠子;之后将已知的纤维速度、纤维温度数据加载到纤维模型上,通过拉格朗日法数值模拟预测纤维在熔喷过程中的运动速度、纤维直径等信息。模拟结果表明,纤维在远离喷丝孔的过程中,由于气流速度、气流温度逐渐衰减,致使纤维受到气流力的作用逐渐减弱,若气流力小于纤维自身的黏弹力,纤维会在黏弹力的作用下回缩,在宏观上表现为纤维直径的再次增大。最后在一定实验条件下,利用线下方法测量了熔喷纤维的直径,实验结果也验证了熔喷过程中纤维直径会有再次变大的现象。