通用圓盤式靜電紡絲數(shù)值模擬及實驗擬合1.pdf

1、靜電紡絲法是利用電場力來制備高聚物的納米纖維的新型紡絲法。具體來講，通過給聚合物溶液施加一定的高壓靜電，在噴頭和收集裝置中間產(chǎn)生一個高壓的電場。當(dāng)電場力足夠大時，紡絲液克服表面張力產(chǎn)生射流，溶液在射流運動中蒸發(fā)并固化最終形成納米纖維。這種單針頭靜電紡絲法由于產(chǎn)量太低，很難滿足產(chǎn)業(yè)化的大規(guī)模生產(chǎn)的需要。因此，本文設(shè)計了一種通用圓盤式靜電紡絲噴頭，其特點在于利用紡絲液在噴頭上形成的自由液面的弧面處電場強(qiáng)度最大的特點，在噴頭各處同時可以產(chǎn)生多

2、股射流，靜電紡絲的效率也就因此提高了。
　　靜電紡絲所采用的高聚物溶液屬于不可壓縮粘性流體，射流運動更是十分復(fù)雜，因此要分析無針頭靜電紡絲射流的運動，涉及許多流體力學(xué)和電磁學(xué)的相關(guān)知識。本文首先建立自由液面靜電紡絲的微波力學(xué)模型，從流體力學(xué)中的N-S方程出發(fā)，結(jié)合電磁學(xué)相關(guān)理論知識分析了射流產(chǎn)生的機(jī)理，分析得出了波動波長與表面張力和所加電場的關(guān)系。同時分別對射流穩(wěn)定段和不穩(wěn)定段分別進(jìn)行了受力分析，得到射流半徑與相關(guān)距離的關(guān)系。

3、r>　　本文提出了通用圓盤式靜電紡絲噴頭的設(shè)計，靜電紡絲噴頭和射流區(qū)域的電場分布是影響射流形成和運動的關(guān)鍵。這里采用電磁學(xué)數(shù)值模擬軟件Anso ft Max wel l12分析噴頭和射流區(qū)域的電場分布，進(jìn)而分析電場強(qiáng)度對射流形成的影響，研究表明每一層噴頭上的聚合物溶液的弧面邊緣處電場最強(qiáng)，并通過模擬不同的噴頭層數(shù)和層高的噴頭的電場分布，對比分析影響靜電紡絲纖維的各項參數(shù)。
　　由于靜電紡絲射流運動復(fù)雜，未知參數(shù)過多，實驗難度較大，

4、因此先采用Flue nt2.3.26軟件模擬出靜電紡絲射流的運動形態(tài)，這樣可以簡明直觀地得到牽伸力和纖維品質(zhì)之間的關(guān)系。本文建立通用圓盤式靜電紡絲噴頭上自由液面靜電紡絲射流的物理模型，并進(jìn)行數(shù)值模擬分析，結(jié)果表明隨著牽伸力的減小，射流數(shù)量更多，更易發(fā)生彎曲，拉伸更充分，形成的纖維也更好。
　　最后通過設(shè)計相應(yīng)的靜電紡絲實驗來驗證第二章理論和第四章模擬得到的相關(guān)結(jié)論。采用PAN水溶液加在設(shè)計的通用圓盤式靜電紡絲噴頭上，在靜電紡絲機(jī)上