熔體靜電紡絲的計算機模擬和實驗驗證.pdf

1、靜電紡絲方法包括熔體靜電紡絲和溶液靜電紡絲，它是一種高效的納米纖維制備技術(shù)。熔體靜電紡絲被人們認(rèn)為比溶液靜電紡絲成本低、環(huán)境友好、效率高，因此熔體靜電紡絲是一種更經(jīng)濟、更安全的可替代溶液靜電紡絲的紡絲方法。目前，國內(nèi)外的研究者幾乎都是從工程應(yīng)用的角度，根據(jù)測試結(jié)果或顯微圖片來判斷自己對靜電紡絲設(shè)備的改進是否合理，能否紡得某種材料或結(jié)構(gòu)的纖維。為了深入了解靜電紡絲纖維下落過程中的變化情況，本論文首次在靜電紡絲領(lǐng)域引入了耗散粒子動力學(xué)(Di

2、ssipativeParticleDynamics-DPD)介觀模擬的方法。
　　 本文首先使用有限元軟件ANSYS根據(jù)實際靜電紡絲實驗設(shè)備模擬出針形紡絲頭紡絲電場強度分布情況，繼而提出了DPD熔體靜電紡絲模擬體系中的電場力作用公式，同時模擬了平行板電場下的電場強度分布情況。還建立了靜電紡絲溫度場有限元模型模擬出紡絲過程中溫度的分布情況，這些有限元模擬結(jié)果給紡絲實驗有力的指導(dǎo)。然后，在熔體靜電紡絲DPD模擬體系中，研究了電場力、

3、聚合物粘度和聚合物鏈長對纖維下落速度的影響，并研究了紡絲過程中纖維不同階段的速度變化，以及粘度與纖維不同階段的速度的關(guān)系，彈簧系數(shù)對分子鏈的均方末端距的影響，還研究了紡絲頭內(nèi)徑、聚合物鏈長與紡絲纖維直徑的關(guān)系。這些探索使我們從介觀模擬的角度了解了熔體靜電紡絲中纖維下落速度、高分子鏈解纏和取向規(guī)律等一些基礎(chǔ)科學(xué)問題，而這些問題的知曉將從理論上有力指導(dǎo)人們對熔體靜電紡絲這項技術(shù)更好的改進和利用。最后，通過本課題組研制的針形噴頭熔體靜電紡絲裝