熔體微分靜電紡絲氣輔細化及多錐面增效工藝及機理研究.pdf

1、靜電紡絲技術(shù)作為一種特殊的纖維制造工藝，由于其可簡便有效的生產(chǎn)微納米纖維，受到了廣泛的關(guān)注。作為靜電紡絲技術(shù)中的重要分支，熔體靜電紡絲技術(shù)由于其不使用溶劑，無溶劑回收問題，且產(chǎn)量高等優(yōu)點，迅速發(fā)展成微納米纖維批量化制備的研究熱點，并且有著巨大的應(yīng)用潛力。熔體靜電紡絲由于其設(shè)備復(fù)雜、熔體粘度大和施加電壓較高等技術(shù)難點，使得纖維直徑較粗且產(chǎn)量難以達到產(chǎn)業(yè)化水平，因此，纖維細化和效率提高對靜電紡絲技術(shù)以及我國纖維產(chǎn)業(yè)化發(fā)展有著重要意義。

2、>　　本文在課題組前期開發(fā)的熔體微分靜電紡絲技術(shù)的基礎(chǔ)上，分析了現(xiàn)有設(shè)備及工藝的優(yōu)缺點，以纖維均勻細化以及增效為原則，開發(fā)了熔噴靜電、吸氣流輔助和多錐面等熔體微分靜電紡絲新技術(shù)。一方面，本文從原理、裝置和工藝等多方面對新技術(shù)分別進行了探索和研究，另一方面，運用自組織理論，對熔體微分靜電紡絲過程中自由界面上泰勒錐的均分過程進行了研究。
　　本文主要從以下幾個方面進行了研究:
　　1、基于熔噴法和熔體微分靜電紡絲法成纖的技術(shù)特點

3、，提出了熔噴靜電微分紡絲技術(shù)并設(shè)計了紡絲噴頭。對噴頭形式改變引起的噴頭尖端感應(yīng)電場強度變化進行了模擬分析，并依此對噴頭形式進行了優(yōu)化。該技術(shù)可以使熔體在被均分成穩(wěn)定多射流的同時，在氣流包裹作用下拉伸成纖，既保證了纖維的細度，又最大程度的保持了纖維直徑的均勻性。通過實驗，得出最佳氣流速度和溫度等參數(shù)，為開發(fā)高質(zhì)量的纖維膜制品提供了新的方法和工藝。
　　2、提出了吸氣流輔助的熔體微分靜電紡絲技術(shù)。氣流輔助形式的改變，從根本上解決了氣流

4、擾動和纖維堆積對泰勒錐分布的影響，又保留了氣流對纖維的拉伸效果。實驗結(jié)果表明，經(jīng)吸氣流輔助的靜電紡絲纖維比吹氣流輔助的纖維直徑的均方差減小了84％。通過對流場和電場的耦合模擬，可知氣流對紡絲噴頭感應(yīng)電場強度無明顯影響。進行了電場以及流場模擬，分別研究了空氣放大器對電場強度的影響以及兩種氣流輔助形式對纖維的拉伸作用機理，為纖維進一步細化提供了經(jīng)驗和理論指導(dǎo)。該技術(shù)已成功在產(chǎn)業(yè)化線上得到應(yīng)用，為進一步提高纖維制品質(zhì)量提出了解決方案。

5、　　3、為了進一步提高單位噴頭纖維產(chǎn)出效率，提出了多錐面熔體微分靜電紡絲新方法。通過對電場的模擬仿真，為多錐面噴頭設(shè)計找出最優(yōu)化參數(shù)。設(shè)計并制造了雙層錐面熔體微分靜電紡絲噴頭及其整體裝置，通過實驗對模擬結(jié)果進行了驗證，得出結(jié)論，當(dāng)伸出距離6mm時，內(nèi)外層錐面尖端感應(yīng)場強一致，且場強一致性不受施加電壓的改變而改變;當(dāng)熔體微分靜電紡絲噴頭直徑增大，同樣可以產(chǎn)生高密度的泰勒錐分布，并形成穩(wěn)定射流;雙層錐面噴頭纖維產(chǎn)量是單層錐面噴頭產(chǎn)量的3倍。

6、同時，該技術(shù)也為生產(chǎn)多組分復(fù)合纖維膜提供了新思路。
　　4、運用自組織理論對熔體微分靜電紡絲過程中泰勒錐的均布過程進行了解釋。通過高速攝像機圖像采集，探索了熔體薄膜均分為數(shù)十穩(wěn)定均勻射流的自組織過程。分析了電場強度對自組織過程的影響，研究了單個泰勒錐的形成過程，得到了熔體液滴角度變化曲線，拓展了靜電紡絲理論研究的思路。
　　綜上所述，本文基于已開發(fā)的熔體微分靜電紡絲技術(shù)，在纖維細化和增效等方面提出了多種新工藝和新設(shè)備，并且對