轉盤式靜電紡絲裝置的工藝參數(shù)及結構優(yōu)化.pdf

1、納米纖維由于具有高透氣性、高比表面積、孔隙率大等特點，在空氣過濾、污水處理、復合材料、生物組織等領域有著巨大的應用前景。靜電紡絲技術由于其制備工藝簡單、纖維成型優(yōu)良等優(yōu)點，已經(jīng)成為納米纖維制備的重要方法，但產(chǎn)量過低是制約其產(chǎn)業(yè)化的關鍵。針對傳統(tǒng)單噴頭產(chǎn)量低和多噴頭存在堵塞及電場干擾等問題。本文在傳統(tǒng)靜電紡絲制備技術的基礎上，提出了一種新型轉盤式靜電紡絲裝置，并圍繞該裝置的工作機理、紡絲工藝、結構優(yōu)化等方面進行相關研究。
　　本文首

2、先對該裝置的工作機理進行了研究。具體為：通過電場仿真及實驗分析，研究了電極結構對電場強度大小、分布區(qū)域以及對紡絲溶液涂覆效果的影響規(guī)律。結果顯示，曲率較小的地方場強較大，不同閥值場強下電極尖端角度對場強區(qū)域分布影響趨勢不同，電極尖端角度大溶液濃度低以及角度小濃度高的時候溶液涂覆效果較好。建立臨界狀態(tài)下電極表面液膜的受力模型并進行受力分析，理論上推導出臨界電場強度E與溶液性質（表面張力γ，介電常數(shù)ε，溶液濃度ρ）、電極結構（尖端角度θ）、

3、轉盤轉速n的關系：Eγ，Eθ，Eρ，Eε-1，n對E影響不大。在前人研究的基礎上，建立裝置帶電射流的數(shù)學模型并進行射流的受力分析，運用標度率法，理論上推導出各個階段射流直徑與距離之間的關系：r-z-1、r-z-1、r-z0，以及初始階段射流直徑與電壓之間的關系：r-U-1。
　　通過設計正交實驗，并結合前文理論推導對實驗結果進行極差分析及方差分析，進一步研究溶液濃度、尖端角度、紡絲電壓、收集距離及電極轉速對纖維直徑的影響規(guī)律。研究

4、發(fā)現(xiàn)，降低濃度、尖端角度及轉速，增大電壓有利于纖維細化，其中，濃度及角度影響顯著，轉速影響最小。通過驗證分析，最終得到一組最優(yōu)工藝參數(shù)：溶液濃度9％，尖端角度60°，紡絲電壓55Kv，收集距離15cm，轉盤轉速30rpm。
　　針對裝置產(chǎn)量應用需求，設計了同盤徑等間距、同盤徑等差間距、漸小盤徑固定間距、漸大盤徑固定間距等四種不同結構形態(tài)的多盤電極，運用COMSOL電場仿真軟件分析各種電極表面電場均勻性的改善措施，并通過樣本數(shù)據(jù)擬合

5、獲得四種電極的最優(yōu)結構。設計了對比實驗，對四種最優(yōu)結構所制得納米纖維的直徑及產(chǎn)量進行分析。研究表明：上述四種形態(tài)的多盤電極均能夠實現(xiàn)對電場的優(yōu)化，其中，等間距多盤電極的最優(yōu)結構形態(tài)為間距值180mm，其制得的纖維質量較好（直徑200nm，不均率14%），盤均產(chǎn)量較高（5.21g/hr）；漸大盤徑多盤電極的最優(yōu)結構形態(tài)為等差值35mm，其制得纖維的質量及產(chǎn)量略差于前者，但其電極占地空間約為前者的一半。
　　通過對轉盤式電紡裝置的工作