火山口狀泰勒錐靜電紡絲方法及其納米纖維制備研究.pdf

1、靜電紡絲是目前制備納米纖維最重要也是最基本的方法之一，其主要原理是聚合物溶液或熔體在高壓靜電場中受靜電力作用克服表面張力而產(chǎn)生帶電噴射流，溶液或熔體在噴射過程中干燥、固化最終落在接收裝置上形成納米纖維氈。
　　 在較大的氣壓和氣流作用下，在溶液自由液面會(huì)產(chǎn)生火山口狀的隆起，這種隆起與傳統(tǒng)靜電紡絲工藝中的泰勒錐十分相似。本課題利用這一切入點(diǎn)，首次提出了基于火山口狀泰勒錐的靜電紡絲方法，并進(jìn)行了初步的研究和探索。
　　 為了

2、揭示火山口狀泰勒錐靜電紡絲方法的主要原理，本文首先基于化工流體力學(xué)、伯努利方程、理想氣體方程等有關(guān)理論，建立能夠形成穩(wěn)定的火山口狀溶液隆起的氣壓與溶液性質(zhì)之間關(guān)系的模型，為建立火山口狀泰勒錐靜電紡的臨界條件奠定了理論基礎(chǔ)。在納米纖維制備方面，本文以常見高分子聚合物--聚乙烯醇(PVA)為原料，利用火山口狀泰勒錐靜電紡方法紡制納米纖維。本課題首先考察了電壓、紡絲距離、氣壓和溶液性質(zhì)(電導(dǎo)率)等對火山口狀泰勒錐靜電紡納米纖維表面形貌的影響，

3、利用場發(fā)射掃描電子顯微鏡(FESEM)表征并分析了納米纖維的形態(tài)結(jié)構(gòu)和直徑分布情況。研究發(fā)現(xiàn)，紡絲液中電壓、紡絲距離、氣壓、導(dǎo)電離子含量等參數(shù)對納米纖維的形態(tài)和直徑分布有重要影響。納米纖維平均直徑隨著紡絲電壓的升高而逐漸減小，分布也趨于集中；隨紡絲距離的增大而減小，但直徑分布先趨于集中后分散。氣壓達(dá)到可紡絲條件之后，對纖維平均直徑的影響不明顯，但是隨著氣壓的增大，纖維直徑分布趨于集中；纖維平均直徑隨電導(dǎo)率的增加而減小，直徑分布更集中。為

4、了進(jìn)一步研究各參數(shù)之間的交互影響，本文利用響應(yīng)面法(RSM)對火山口狀泰勒錐靜電紡絲工藝進(jìn)行優(yōu)化。結(jié)果表明，在綜合條件下，氣壓是影響火山口狀靜電紡絲過程的最顯著因素，顯著性順序?yàn)椋簹鈮?電壓>紡絲距離。根據(jù)擬合出的火山口狀泰勒錐靜電紡納米纖維的三個(gè)因子之間二次回歸方程模型，得到納米纖維平均直徑最小值的最佳工藝條件為：電壓26.29kV，紡絲距離8.74cm和氣壓10kPa。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，該工藝條件下獲得的納米纖維平均直徑為62.2nm，