碟形噴頭批量化制備納米纖維膜及其過濾性能的研究.pdf

1、近年來，納米技術(shù)飛速發(fā)展，納米纖維在空氣過濾、水處理、組織工程、復(fù)合材料、生物材料、傳感器、傷口敷料等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。靜電紡絲是一種高效制備納米纖維的技術(shù)。然而，傳統(tǒng)單針頭靜電紡絲的制備效率低，限制了靜電紡絲技術(shù)的發(fā)展。為了提高納米纖維產(chǎn)量，無針頭靜電紡絲技術(shù)受到了廣泛的關(guān)注，形成了多種形式的無針頭靜電紡絲方法。但是制備滿足品質(zhì)的納米纖維，并連續(xù)穩(wěn)定生產(chǎn)，仍然是靜電紡絲技術(shù)從實(shí)驗(yàn)室走向產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)和廣泛應(yīng)用的最大技術(shù)障礙。因此本文針對(duì)

2、無針式靜電紡絲噴頭進(jìn)行研究，設(shè)計(jì)了一種碟形噴頭用于批量化制備直徑窄分布的納米纖維，旨在為制備高品質(zhì)的納米纖維提供思路。
　　靜電紡絲是利用電場(chǎng)力對(duì)聚合物溶液進(jìn)行紡絲，因此紡絲噴頭周圍的電場(chǎng)強(qiáng)度大小和電場(chǎng)強(qiáng)度分布，對(duì)靜電紡絲制備納米纖維意義重大。本文采用ANSYS Maxwell電磁模擬軟件對(duì)碟形噴頭周圍的電場(chǎng)進(jìn)行模擬。發(fā)現(xiàn)碟形噴頭邊沿處電場(chǎng)強(qiáng)度最大，電場(chǎng)強(qiáng)度云圖沿噴頭邊沿向外擴(kuò)散，電場(chǎng)強(qiáng)度迅速減??；施加激勵(lì)電壓一定時(shí)，隨著碟形噴頭

3、圓周傾角增大，噴頭邊沿達(dá)到的最大電場(chǎng)強(qiáng)度增大，同時(shí)電場(chǎng)強(qiáng)度高的部分向噴頭邊沿集中，即傾斜角度大的碟形噴頭有利于紡絲；紡絲電壓一定，隨紡絲接收距離增大，碟形噴頭邊沿的最大電場(chǎng)強(qiáng)度減小；紡絲接收距離一定，隨紡絲電壓增大，碟形噴頭邊沿的最大電場(chǎng)強(qiáng)度增大。綜合靜電紡絲的實(shí)際情況采用圓周傾角為60°的碟形噴頭進(jìn)行批量化制備納米纖維最佳。
　　然后，研究不同紡絲工藝參數(shù)對(duì)碟形噴頭制備的 PAN納米纖維的形貌、直徑和產(chǎn)量的影響。本文采用單因素實(shí)

4、驗(yàn)，分析工藝參數(shù)對(duì)納米纖維形貌、直徑和產(chǎn)量的影響，研究發(fā)現(xiàn)在其他紡絲條件固定不變的情況下，納米纖維的平均直徑，在溶液質(zhì)量分?jǐn)?shù)8％~14%范圍內(nèi)，隨紡絲溶液質(zhì)量分?jǐn)?shù)增大而增大，紡絲電壓在50 kV～75 kV范圍內(nèi)時(shí)，隨紡絲電壓增大而先增大后減小，紡絲距離在15 cm～20 cm范圍內(nèi)時(shí)，隨紡絲距離增大而減??；納米纖維的產(chǎn)量，在溶液質(zhì)量分?jǐn)?shù)8%~14%范圍內(nèi)，隨著紡絲溶液中PAN的質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增加而增大，紡絲電壓在50 kV～75 kV范圍

5、內(nèi)時(shí)，隨著紡絲電壓的增加而增大，紡絲距離在15 cm～20 cm范圍內(nèi)時(shí)，隨著紡絲距離的增大而減小。
　　最后采用單因素實(shí)驗(yàn)對(duì)制備的 PAN納米纖維膜的過濾性能進(jìn)行討論。研究發(fā)現(xiàn)隨著納米纖維的堆積密度增大，制備的 PAN納米纖維膜的平均孔徑減小，過濾效率增加，同時(shí)過濾阻力增大。使用Q??值評(píng)價(jià)指標(biāo)綜合考慮納米纖維膜過濾效率和過濾阻力的影響，采用PAN質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10%、紡絲電壓為65kV、紡絲距離為17.5cm和紡絲時(shí)間為12.5m