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.     

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。     

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.     

PAN/HBP复合超细纤维的制备与表征

采用聚丙烯腈/N,N-二甲基甲酰胺/多氨基超支化聚合物三元体系为纺丝液,通过静电纺丝制备了PAN/HBP复合超细纤维,探讨了聚丙烯腈浓度、超支化聚合物含量、纺丝电压、接收距离和推进速度等因素对复合纤维直径和形貌的影响.结果表明,增大PAN浓度和增加HBP含量,都会使纤维直径增大;静电纺丝电压增大,可以减小纤维直径;适当的接收距离和推进速度才可以获得直径细而均匀的纤维.通过对PAN/HBP复合超细纤维的氨基含量测试和FTIR分析,进一步证实了PAN/HBP复合纤维表面和内部氨基的存在.     

空间电场对单根纳米纤维沉积的影响分析

基于近场静电纺丝,分别讨论单根纳米纤维在平面硅片、图案化硅片基底上的沉积规律.当收集板运动速度大于纳米纤维喷射速度时,将获得直线状纳米纤维;而当收集板运动速度小于纳米纤维喷射速度,纳米纤维易受电场力和电荷排斥力的影响而产生弯曲鞭动,并缠绕成纳米纤维带或螺旋状结构.采用图案化硅基作为收集板时,电场分布发生变化,微结构表面电场强度大于其他区域.纳米纤维在微结构表面产生聚集,且微结构表面电场的增强也加快纳米纤维喷射速度.     

聚酰胺酸质量分数对聚酰亚胺纤维直径的影响

静电纺丝是一种有效制备聚合物超细纤维的方法.采用一种可实现收集装置在收集滚筒的旋转轴方向上做往复运动的静电纺丝设备.该设计提高了纤维在收集滚筒上的收集面积,同时也优化了所得无纺布膜厚度的均一性.通过不同溶液质量分数的配比,静电纺丝制备出聚酰亚胺(PI)无纺布膜,电子扫描电镜(SEM)得到纤维表面形貌图片,并对无纺布纤维直径大小和分布情况做出分析表征.     

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。     

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。     

反应静电纺丝法制备超细三聚氰胺纤维

采用反应静电纺丝法制备了三聚氰胺超细纤维电纺膜.通过扫描电子显微镜(SEM)研究了纺丝过程中溶液黏度、纺丝电压、接收距离和电导率4个参数对超细纤维的形貌及平均直径的影响,并采用热重分析(TG)研究了电纺膜的耐热性能.结果表明,纤维平均直径d与溶液黏度η、纺丝电压V分别符合关系式d∝η0.33和d∝ V-0.25,纤维平均直径随接收距离增加先减小后增加,电导率的增加使纤维平均直径下降.当PVA质量百分数为8%、纺丝电压为18kV、固化距离为12.5cm、NaCl质量百分数为0.1%时可以纺制出表面光滑、平均直径为400-600nm、耐热性能良好的超细三聚氰胺纤维电纺膜.     

明胶水溶液静电纺丝成形研究

以水为溶剂制备明胶溶液进行静电纺丝,在60 ℃～65 ℃纺得明胶超细纤维,探讨了溶液质量分数、静电电压及纤网收集距离等因素对明胶/水溶液体系静电纺丝成形的影响。结果表明,在60 ℃及65 ℃时,明胶溶液的黏度随其质量分数的增加而大幅上升,呈2次指数关系;随着明胶溶液质量分数的降低（从25%降到15%）,所得纤维平均直径减少（从266.5 nm降为167.7 nm）;随着静电纺丝电压升高,纤维直径下降,当电压大于17 kV以后其变化趋于平缓;改变静电纺丝收集距离,从11 cm到21cm,电纺所得的纤维直径为165～210 nm,变化幅度不大。     

钨酸铋／预氧化腈纶复合纳米纤维制备的研究

以五水硝酸铋、二水钨酸钠和腈纶为原料,通过静电纺丝的方法制备钨酸铋／预氧化腈纶复合纳米纤维前体,并将制备的复合纳米纤维前体在200℃下反应,制得钨酸铋／预氧化腈纶复合纳米纤维．利用FE-SEM、XRD对制得的复合纳米纤维进行了表征．探讨了纺丝电压、接收距离和纺丝流速对纤维直径和形态的影响．结果表明,纺丝电压为22kV、接收距离为15cm、纺丝流速为0．2mL／h时,所制备的复合纳米纤维前体形态较好,纤维平均直径为93nm．经过200℃处理后,钨酸铋在复合纳米纤维上形成,得到的钨酸铋／预氧化腈纶复合纳米纤维的平均直径为113nm．     

碳纤维石墨化专用微波矩形槽波导谐振腔的设计及数值模拟

微波作为一种碳纤维石墨化过程中的加热方式,对于实现碳纤维在径向和周向上的均匀石墨化具有潜在优势。由于电磁波在腔体内传递时能量分布有很大的不均匀性,首先针对微波加热腔体的形状和尺寸进行了设计;随后采用Ansys Electronics软件建立了加热碳纤维丝束的电磁加热-热辐射-流动传热模型,模拟了腔体内的电磁场和温度场;最后分析了走丝速度与保护气体流速对于腔内温度场分布的影响,结果表明：保护气体流速对加热过程中丝束能达到的最高温度影响较大,而走丝速度对最高温度的变化基本没有影响。本文研究对于碳纤维微波石墨化加热腔的研制具有较实际的指导意义。     

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。     

基于超级电容器的TiN@CNTF电极制备及性能研究

超级电容器因其独特的性能在便携式、可穿戴电子器件领域有着很大的应用潜力。目前对超级电容器的研究主要集中在对超级电容器电极材料的研究上。碳纳米管纤维具有电导率高、力学性能好、柔韧性高等优点,是超级电容器的理想电极材料。但是,碳纳米管纤维电容量的提升被其较小的比表面积所限制。通过在碳纳米管纤维表面生长三维阵列能够有效提高碳管纤维的比表面积,从而增大电容量。因此,采用水热法,在碳纳米管纤维表面成功生长TiO2纳米阵列,并通过氨气氮化获得了TiN@CNTF电极材料。采用三电极测试TiN@CNTF电极在Na2SO4溶液中的比电容达到215.5mF/cm2,有望作为一种柔性超级电容器的负极材料得到应用。     

羊毛拉伸细化及其效果

分析了有捻毛条拉伸过程中拉伸载荷的变化规律和纤维直径的变化，通过烘燥和沸水收缩率的测量，探讨了细化羊毛的定形效果，并借助扫描电镜照片，分析了细化羊毛的形态变化及其原因。