熔体纺丝在材料专业实验教学中的利用简

针对苏州大学材料专业的特点及现有的实验条件,对材料专业实验中熔体纺丝的实验教学进行了改进,将以往熔体纺丝作为演示性和验证性的实验改为大型的综合性、实践性质的实验.结果表明,通过亲自动手设计实验和操作实验设备,学生对熔体纺丝实验有了更深刻的理解,更好地掌握专业知识,同时也有利于教师和学生的教学与科研互动.     

熔体静电纺丝技术研究进展

熔体静电纺丝技术作为一种不使用溶剂的超细纤维绿色制备工艺，在高性能无纺布、生物医药和高效过滤等方面有着广泛的应用。本文简单回顾了熔体静电纺丝研究历史，阐述了熔体静电纺丝工艺特点，综述了近年来熔体静电纺丝工艺、材料、装置及应用新进展，介绍了笔者团队熔体微分静电纺丝技术，并在最后提出几点对未来熔体静电纺丝研究重点的看法。通过本文，以期增进对超细纤维绿色制造新理论、新方法和新装备的认识。     

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。     

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。     

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。     

红外光谱仪在材料专业实验教学中的利用及实践探索

针对学校现有的傅立叶红外光谱仪及其附件功能，结合材料专业的专业特点，对材料学专业的实验及教学中红外光谱分析这一课程内容进行改进与探索。     

熔体微分静电纺丝聚丙烯纤维的吸油性能研究

利用自制熔体微分静电纺丝装置制备不同纺丝温度条件的聚丙烯纤维。获得纤维的平均直径为810 nm,单个喷头产量达13 g/h;电纺纤维接触角分布在140°~150°,对比数据发现接触角与纤维直径无明显关系;聚丙烯纤维棉相对机油的最大初始吸油率、吸油倍率和保油率分别为235、158和62 g/g。初步探究吸油机理表明,吸油倍率随纤维直径的减小、孔隙率的增加、油品黏度的增加有增大的趋势,纤维样本重复吸/放油7次后,其吸油倍率为原来的59%~78%。     

熔体静电纺丝中电极材质和形状对电场和纤维的影响

电场强度大小及分布对静电纺丝工艺的成纤形貌和接收面积具有重要影响。采用COMSOL Multiphysics分析软件建立电场分析的有限元模型,分别研究了熔体静电纺丝工艺中接收电极材质和形状对电场分布的影响,结果表明塑料在一定程度上削弱了电场强度,但是增加了电场的均匀度。通过扫描电子显微镜观测了接收电极材质和形状对纤维直径和形貌的影响,发现在不同的接收电极形状中,中空电极内环边缘电荷聚集,纤维摆动路径延长,获得较多的羊毛圈状纤维;对于方格状电极板,由于大方格的孔隙较大,削弱了电场,纤维直径较粗,中方格尺寸相对适中,可能对电场有一定的均化作用,因此降落到中方格电极板上的纤维沉积面积最大。     

锦纶66高速纺丝油剂结构与性能测试

用滴定、TG和FTIR等方法对国产、进口锦纶66高速纺丝油剂的皂化值、酸值、浊点、粘度—浓度特性、粘度—温度特性及耐热性等性能进行了对比研究。结果表明：国产油剂的酸值是0．54，皂化值是18．08；粘度随油剂浓度和温度的变化平缓；起始分解温度为378．6℃。国产GW—2000油剂能满足纺丝要求，其性能与进口AZ—60油剂相当或较优。     

干法纺丝的实验教学装置

由于工业干法纺丝设备费用高、占地空间大,几乎没有几所高校能够为在校的高分子及其相关专业本科学生提供相应的干法纺丝的实践机会。黑龙江大学化学化工与材料学院实验室利用工业用干法纺丝设备,依据干法纺丝的实验原理组建了一套微型干法纺丝装置。该装置不仅能满足大多数高分子及其相关专业对干法纺丝实验的需求,还能拓展学生的专业实验技能。     

静电纺丝在组织工程支架材料制备中的应用

综述了静电纺丝的基本原理和过程参数,重点描述了静电纺丝及同轴共纺技术在组织工程支架材料领域的应用,最后对电纺技术在组织工程支架材料领域应用中存在的问题和面临的挑战进行了讨论.     

利用磁场分离铝熔体中的富铁相

原铝中含有的铁、硅杂质,主要以枝状的化合物存在·当向铝熔体中加入一定量的锰时,锰与铁、硅、铝生成金属间化合物·该类富铁金属间化合物呈较大的块状或球状颗粒,可用电磁将其分离·利用富铁相与铝熔体导电性差异,可用交变磁场将其分离出来;利用富铁相与铝熔体导磁性差异,可用稳恒磁场将其分离出来·实验结果表明,交变磁场和稳恒磁场可使铝熔体富铁相定向聚集·     

在电场条件下NaCl熔体微观结构的观察

采用ＭＣ法研究了ＮａＣｌ熔体在电场作用下的微观结构，结构表明，在电极表面存在着完全不同于水溶液的双电层结构，其第一配位层为整齐排布的Ｃｌ＾－离子，第二配位层为间隙排列的Ｎａ＾＋离子，而在距电极大于２（Ｒ＋＋Ｒ－）的熔体内部仍符合Ｂｏｌｔｚｍａｎｎ分布。     

在电场条件下NaCl熔体微观结构的研究

采用ＭＣ法研究了ＮａＣｌ熔体在电场作用下的微观结构．结果表明，在电极表面存在着完全不同于水溶液的双电层结构，其第一配位层为整齐排布的Ｃｌ－离子，第二配位层为间隙排列的Ｎａ＋离子，而在距电极大于２（Ｒ＋＋Ｒ－）的熔体内部仍符合Ｂｏｌｔｚｍａｎｎ分布．     

电纺丝技术构建纳米结构材料

电纺丝技术是一种简单可行的制备一维纳米材料的方法.近年来.利用此技术已经制备了大量的有机聚合物、无机氧化物和陶瓷纳米纤维膜及各种纳米复合纤维膜.通过改进电纺设备和控制电纺参数,可以实现对纤维的二级结构调控.电纺纤维膜在催化剂载体、过滤和吸附、生物和医药、电子与光学器件、传感器等方面有着极大的应用潜力.     

泡沫铝合金在凝固过程中熔体的孔隙率变化

研究了泡沫纯铝和泡沫AlSi7Mg0.45的凝固方式及其对孔结构的影响,并讨论了熔体泡沫在凝固过程中的体积变化和孔隙率变化。结果表明：在合适的冷却条件下,纯铝熔体泡沫倾向于逐层凝固,在凝固过程中易形成中心缩孔,AlSi7Mg0.45熔体泡沫倾向于同时凝固,易形成热裂纹;纯铝熔体泡沫在凝固过程中,体积减小,孔隙率增加,而相对于纯铝来说,AlSi7Mg0.45熔体泡沫的体积及孔隙率均有所减小。     

纤维素纤维纺丝技术发展

总结了纤维素纤维纺丝技术的方法及进展,包括粘胶纤维、铜氨纤维、以及NMMO法、NaOH稀溶液法、纤维素衍生物熔融纺丝,指出纤维素纤维具有良好的工业发展前景。     

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。     

高熔体强度聚丙烯材料研制的试验分析

研究分析了高熔体强度聚丙烯的研制方法,并着重讨论了过氧化物含量对熔体强度、凝胶、流动性、冲击强度和弯曲模量的影响.