熔体静电纺丝3D电场模拟

采用有限元分析软件ANSYS对熔体静电纺丝平台模型进行三维电场模拟。分析了纺丝系统在不同电压下的电场分布情况，重点讨论了内锥面喷头间距对纺丝尖端电场的影响。发现在间距为100mm时，内锥面喷头纺丝尖端场强分布最为均匀|纤维路径上的场强随着喷头数量、施加电压的增加而增加，随着喷头间距增加无明显变化；场强较强处出现在纺丝尖端和接收板边缘。在模拟基础上研发了新型一分四的熔体微分静电纺丝机，制备了均匀分布的纤维，为进一步设计纳米纤维宏量化生产的纺丝设备提供参考。     

双极性双喷头静电纺丝装置的设计与应用

从低维纳米复合材料的制备技术和制备工艺入手,设计开发了双极性双喷头静电纺丝装置,解决了单极性喷头同性相斥不能获得交织的异质材料的问题,实现了带有不同极性的两种金属氧化物纺丝前驱液的交织复合,成功制备了金属氧化物SnO₂/In₂O₃复合纳米纤维。通过对SnO₂/In₂O₃复合纳米纤维的SEM表征发现,复合纤维中同时存在正四方相晶系的SnO₂和立方晶系结构的In₂O₃。利用双极性双喷头静电纺丝装置制备复合纳米纤维对复合材料制备技术的发展具有深远意义。     

静电纺丝法制备ZrOCl2/PVA复合纳米纤维

用静电纺丝法制备了ZrOCl2/PVA（氯氧化锆/聚乙烯醇）复合纳米纤维,并研究了静电纺丝的一些参数如：喷头直径、直流交压对复合纳米纤维的影响。实验发现：随着喷头孔径的增大,得到的复合纳米纤维的直径和直径分布范围分别变大;随着电压的增加,复合纳米纤维的珠串结构减少,甚至消失。另外,用水槽收集法收集的复合纳米纤维在液体上靠相互间的作用力形成了柔软的网状结构。     

稀土氧化物微纳米纤维的静电纺丝制备及其应用

简述了静电纺丝的装置和基本原理,重点介绍了静电纺丝法制备稀土氧化物微纳米纤维的工艺条件、影响纤维性能的主要因素以及近年来国内外的应用进展,并对稀土氧化物微纳米纤维的未来研究发展进行了展望.     

静电纺丝的电场分布对纳米纤维取向的影响

旋转收集法是静电纺丝中收集取向纤维的主要方法,但试验表明仅仅依靠高速旋转难以获得取向纤维,由此表明许多因素影响纤维取向.采用Maxwell软件对静电纺丝中不同条件下的电场分别进行仿真,分析了电场分布对纤维取向的影响.根据仿真结果,提出了改善电场分布和增强纳米纤维取向效果的有效方法,包括选择对称的框架结构、穿套辅助板的喷丝嘴、中继环形电极,按照最佳电场分布改进静电纺丝装置,并进行了静电纺丝,获得了取向较高的静电纺纳米纤维,证实了该仿真结果的准确性.     

电纺直写单根纳米纤维喷射电流的特性

为进一步加深对带电溶液喷射规律的理解,提高单根纳米纤维直写技术控制水平,开发了带微弱电流检测模块的电纺直写实验平台,对单根纳米纤维直写过程的喷射电流进行实时检测;并结合正交试验法,分析了静电纺丝溶液聚合物质量分数、喷头至收集板距离和施加电压3个主要可控工艺参数对喷射电流的影响规律.基于近场静电纺丝电纺直写过程,平均喷射电流10~600 nA;喷射电流变化可分为起始喷射、稳定喷射和停止喷射3个阶段;起始喷射阶段喷射电流的峰值是稳定喷射阶段最大喷射电流的2~3倍;喷射电流随施加电压的增加而变大,随静电纺丝溶液聚合物质量分数和喷头至收集板距离的增加而减小;其中施加电压对喷射电流的影响最大,而静电纺丝溶液聚合物质量分数对喷射电流影响最小.     

内外双层锥面熔体微分静电纺丝实验研究

为了进一步提高单喷头纤维的产量,在熔体微分静电纺丝的基础上,设计开发了一种结合内外锥面的双层熔体微分静电纺丝装置。通过COMSOL Multiphysics数值仿真软件对其电场进行对比分析,得出增加的内层锥面对外层电场有一定的削弱作用。通过实验分析了内层锥面伸出距离对内外层射流的影响,找到了最佳参数,并且在此参数下,验证了不同电压下的纺丝效果,结果表明,随着电压的增加,内外层锥面电场增加程度相同,内外层纤维直径达到了均匀分布。最后分别采用吹风和吸风辅助对纤维进行了细化,为静电纺丝法制备超细纤维的产业化提供参考。     

锯齿引导型无针熔体微分电纺工艺

提出一种锯齿引导型无针熔体微分静电纺丝工艺方法,用来改进熔体静电纺丝纤维直径不均匀问题。首先将其与无锯齿引导型无针熔体微分静电纺丝进行对比,然后在自制的设备上进行正交试验,以探究其最佳纺丝工艺参数。试验结果表明:锯齿引导提高了纤维的均匀性,在聚丙烯(PP)进料流速一定的条件下,最佳纺丝工艺参数为纺丝温度240℃、纺丝电压65 k V以及纺丝距离105 mm;在此条件下测得最小的纤维平均直径为820 nm。     

无针式碟形静电纺丝喷头不同圆周倾角的模拟与试验

设计一种新型无针式碟形静电纺丝喷头用以制备亚微米纤维。建立不同圆周倾角的碟形喷头几何模型,利用ANSYS Maxwell 3D电磁学分析软件模拟无针式碟形喷头的电压及电场强度分布,探究无针式碟形喷头不同圆周倾角对亚微米纤维直径及产量的影响。结果表明:碟形喷头边缘处的电场强度最大,在施加电压一致时,圆周倾角越大则碟形喷头边缘的电场强度越大;纺丝液与水平面夹角随着圆周倾角的增大而增大;利用不同质量分数的聚丙烯腈(PAN)溶液进行纺丝,随着PAN质量分数的增加,亚微米纤维直径增加;随着碟形喷头圆周倾角的增加,亚微米纤维直径减小,产量增加。     

静电纺丝技术研究进展及其应用

简述了静电纺丝技术的原理和静电纺丝工艺的主要影响因素;介绍了静电纺丝法在生物医用功能材料、过滤介质材料、增强复合材料、传感器、电子材料、新型特殊纤维等领域的应用;指出静电纺丝制备纳米纤维的研究方向。     

电场均匀性对三孔和三针头静电纺丝的影响

为了研究电场分布对静电纺丝纤维直径的影响,设计一种以孔代替针头的平面三孔静电纺丝装置,与传统三针头静电纺丝装置进行对比试验,同时用Maxwell软件对两种静电纺丝装置的电场分布进行模拟.试验与模拟结果表明:以孔代替针头的纺丝装置中的电场分布更加均匀,所纺纤维直径更小且分布更加均匀.     

PA6/PVA复合纳米纤维的制备及性能研究

采用静电纺丝法制备了PA6/PVA复合纳米纤维.分析了不同质量比的PA6/PVA共混纺丝溶液的粘度、电导率、表面张力,并探讨其静电纺丝效果.采用扫描电镜、红外光谱、表面张力仪等对纳米纤维膜的形貌结构、成分相容性及亲水性能进行表征.结果表明,在纺丝电压为19kV、纺丝距离为20cm、丝液流量为0.2mL/h的条件下,共混溶液质量比为12%∶4%时的静电纺丝所得纤维具有良好的形貌,复合纳米纤维中PA6与PVA具有良好的相容性,并有效地克服了纯纺PVA纳米纤维在水溶液中出现的过度溶胀问题.     

电纺丝制备高聚物纳米纤维

通过自制的电纺丝装置获得高聚物纳米纤维，发现不同高聚物纳米纤维具有不同的直径范围。对影响所得纳米纤维直径的静电压、高聚物溶液浓度等过程参数作分析，认为静电压与高聚物溶液浓度是影响试验进行的关键因素，并制约着其他工艺参数的调整。同时，结合静电喷雾及高速纺丝的理论对纺丝电子流体动力学过程作了一定探讨。     

离心静电纺丝旋转接收装置电场分布模拟

利用有限元分析软件对离心静电纺丝接收装置的电场分布进行了模拟分析,以寻找最优电场。模拟了金属接收圈和网状金属接收圈在不同位置和宽度下电场强度分布和电势的变化情况,利用电势等值线分布图和电场强度矢量图分析总结电场强度的变化规律。模拟结果表明：在电压固定的情况下,电场强度与接收板到喷头的距离成反比,与接收板的宽度成反比,与网状接收圈的网格密度成反比。本文结果对离心静电纺丝过程中纳米纤维直径及形貌的控制和装置的优化具有参考意义。     

电场分布对静电纺丝纤维直径的影响

为了研究电场对静电纺丝纤维直径的影响,设计两种具有不同电场分布的单针头和辅助板静电纺丝装置,采用聚氧化乙烯(PEO)为原料,在两种纺丝装置中,分别设计不同纺丝电压、纺丝接收距离和纺丝流量参数下的对比试验.并用Maxwell软件模拟纺丝装置中的电场强度分布,结合试验结果说明电场分布影响静电纺丝的纤维直径,从而得出在均匀电场中所纺丝的纤维直径较小.     

静电纺丝纳米纤维的制备与应用

静电纺丝技术是一种简单有效、廉价、无污染的制备纳米纤维的新方法,近年来在制备纳米纤维领域得到了广泛应用.通过静电纺丝法制备的纳米纤维具有长径比大、孔隙率高、比表面积大等优点,在过滤材料、生物医学、传感器、电子器件等领域都有着良好的应用前景.本文综述了静电纺丝制备纳米纤维的基本原理和最新发展,阐述了近几年来国内外静电纺丝纤维在过滤材料、生物医学、传感器、电子器件及其他一些特殊领域中的研究现状,并展望了静电纺丝纳米纤维的发展趋势和研究方向.     

熔体微分静电纺丝纳米纤维高效绿色制备技术

纳米纤维在生物医疗、高效过滤及生化防护等领域有着广泛的应用前景。静电纺丝被学术界及工业界认为是最具产业化制备纳米纤维的前景技术之一,其中熔体静电纺丝无需使用溶剂,相比溶液静电纺丝,避免了有毒溶剂残留、回收及处理等问题,是聚合物纳米纤维绿色制造的发展方向。然而,受到装备复杂、工艺滞后的影响,熔体静电纺丝始终未能突破纤维细化难、制备效率低的瓶颈。为此,团队创新提出了熔体微分静电纺丝新方法,经过十余年探索,围绕其工艺、装备、材料及应用等进行了系统的研究,率先实现了500 nm范围内熔体电纺纳米纤维的工业化制备,并建立了世界上第一套熔体微分静电纺丝纳米纤维工业化生产线。本文将从熔体微分静电纺丝的机理、关键技术、纳米纤维批量绿色制造及应用三个方面介绍熔体微分静电纺丝的研究成果及最新进展。     

静电纺丝及其在纳米复合材料制备中的应用研究

本文介绍了静电纺丝的发展史、原理、设备及其在复合材料制备中的应用.借助于静电力的纺丝过程被称为静电纺丝.静电纺丝可以制备直径在微米以下甚至纳米级的纤维.近年来,随着纳米技术的兴起,静电纺丝受到研究者们的广泛重视.静电纺丝制备的纳米纤维可直接用于制备纳米复合材料,也可经高温处理后成为纳米碳纤维,后者在复合材料中也有很大的潜在用途.     

复合静电纺制备螺旋纳米纤维工艺参数的研究

利用复合静电纺技术,以Nomex(聚间苯二甲酰间苯二胺)和TPU(聚氨酯)为原料,设计并利用不同复合结构的喷嘴(包括同轴喷嘴、并列喷嘴和偏芯喷嘴)分别纺丝制备出螺旋纳米纤维,从而与单针共混的纺丝结果进行了对比.分析了溶液性质(包括LiCl质量分数和TPU溶剂)和纺丝电压对螺旋纳米纤维形成的影响.结果表明:偏芯喷嘴更易于制备出螺旋纳米纤维;LiCl质量分数高不利于螺旋纳米纤维的形成;TPU与Nomex溶剂相容性好,不利于螺旋纳米纤维形成;纺丝中两种溶剂相容性差异大,有一定挥发性,则螺旋纳米纤维形成效率高.     

静电纺丝法制备高分子纳米纤维的成因研究

对静电纺丝法制备高分子纳米纤维的成因进行了探究,主要通过分析高分子的结构与纺丝条件,寻找到静电纺丝法制备纳米纤维材料的一般规律。通过扫描电子显微镜(SEM)观察了高分子结构、分子量、溶液浓度和溶剂对高分子纳米纤维形貌的影响。实验结果表明:决定能否形成纤维的主要因素是高分子的结构和分子量,纤维的直径随着高分子溶液浓度的增加而增加,溶剂的挥发速率对纤维的形貌有决定性的影响。因此,利用静电纺丝法制备纳米纤维时应着重考虑以上四个因素的影响。