靜電紡絲過程行為及振動(dòng)靜電紡絲技術(shù)研究.pdf

1、靜電紡絲技術(shù)可以生產(chǎn)納米纖維并且其生產(chǎn)過程簡單而又經(jīng)濟(jì)，因此該技術(shù)已經(jīng)引起了世界范圍內(nèi)的廣泛關(guān)注，靜電紡絲技術(shù)的研究工作在廣泛的開展之中。但是靜電紡絲技術(shù)中仍存在一些難以解決的問題，還有很多技術(shù)和理論工作需要進(jìn)一步的深入和完善。 本文構(gòu)造了靜電紡絲過程的一維定常模型，并且考慮到靜電紡絲中的熱、電效應(yīng)，得到了改進(jìn)的Spivak—Dzenis模型和一維靜電紡絲模型，對(duì)靜電紡絲技術(shù)進(jìn)行了理論性的描述，所得的模型相對(duì)以往的模型更為完善，

2、對(duì)靜電紡絲技術(shù)的研究具有更強(qiáng)的指導(dǎo)性。 本文突破了描述單一階段的Spivak關(guān)于射流直徑與射流運(yùn)行距離之間的關(guān)系式，得到了不同階段射流直徑與射流運(yùn)動(dòng)距離之間的關(guān)系式。Spivak關(guān)系式已被學(xué)術(shù)界普遍接受并廣泛引用，但是通過對(duì)靜電紡絲過程中不穩(wěn)定現(xiàn)象的分析研究，本文認(rèn)為這一關(guān)系式具有一定的局限性，只適用于射流運(yùn)動(dòng)過程中的某一階段，通過對(duì)本文所建立模型的分析，本文最終得到了分別對(duì)應(yīng)射流運(yùn)動(dòng)中的初始階段、不穩(wěn)定階段和最終階段的射流直徑

3、與射流運(yùn)動(dòng)距離之間的關(guān)系式，與Spivak的關(guān)系式相比，這些關(guān)系式更具有普遍適用性與指導(dǎo)意義。 本文引入標(biāo)度率分析方法，建立了電流與電壓、纖維直徑與電壓、電流與流量、纖維直徑與流量等主要參數(shù)之間的標(biāo)度率關(guān)系式，并進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。利用這些關(guān)系式可以指導(dǎo)靜電紡絲工藝的生產(chǎn)和控制，并可以實(shí)現(xiàn)對(duì)納米纖維直徑的預(yù)測，具有重要的實(shí)驗(yàn)和生產(chǎn)指導(dǎo)意義。 本文突破以往靜電紡絲裝置的研究開發(fā)方向，通過理論分析和實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證證實(shí)了振動(dòng)靜電紡絲技術(shù)

4、的可行性并自主開發(fā)了振動(dòng)靜電紡絲裝置。在一般靜電紡絲裝置中存在紡絲困難的高濃度溶液，利用該設(shè)備可以順利紡絲，并可以獲得直徑更細(xì)的纖維。 本文利用自主研發(fā)的振動(dòng)靜電紡絲裝置對(duì)若干溶液體系進(jìn)行了應(yīng)用研究，考察了振動(dòng)靜電紡絲裝置的應(yīng)用方向和應(yīng)用前景。在振動(dòng)靜電紡絲實(shí)驗(yàn)過程中，不具有流動(dòng)性的聚氧乙烯凝膠體系呈現(xiàn)了良好的流動(dòng)性和可紡性，并最終獲得了平均直徑為100納米的聚氧乙烯納米纖維。在對(duì)可紡性不強(qiáng)的聚丁二酸丁二醇酯溶液進(jìn)行的振動(dòng)靜電紡

5、絲實(shí)驗(yàn)中，聚丁二酸丁二醇酯溶液呈現(xiàn)了良好的可紡性，紡絲實(shí)驗(yàn)非常順利，與使用普通靜電紡絲裝置獲得的聚丁二酸丁二醇酯纖維相比，使用振動(dòng)靜電紡絲裝置紡出的聚丁二酸丁二醇酯纖維直徑顯著變細(xì)了。對(duì)添加了未特殊處理碳納米管的聚丙烯腈溶液的振動(dòng)電紡絲中，獲得了碳納米管分布均勻、取向良好的碳納米管增強(qiáng)的聚丙烯腈纖維。這些實(shí)驗(yàn)的成功，證明振動(dòng)靜電紡絲技術(shù)提高溶液的可紡性，實(shí)現(xiàn)對(duì)普通靜電紡絲裝置紡絲存在困難的溶液體系的正常紡絲，并可以得到直徑更細(xì)的纖維；同