熔体静电纺丝影响因素的实验和模拟研究

论文摘要

目前,关于静电纺丝的研究大部分都集中在溶液静电纺丝方向,由于熔体静电纺丝装置的复杂性以及纺制纤维的直径较粗等原因,一直以来,对熔体静电纺丝的研究较少。虽然,溶液静电纺丝能够纺制出比较细的纤维,但是纺丝过程中,溶剂的使用使它出现了一系列问题；本课题所研究的熔体静电纺丝方法,是一种比溶液静电纺丝方法更经济、更环保、更安全的制备超细纤维的方法,因而,比溶液静电纺丝有更宽广的发展空间。目前,影响熔体静电纺丝的因素国内外都有研究,这些因素与纺丝设备和条件有密切关系。为了进一步减小静电纺丝纤维直径并提高纺丝效率,针对本课题组的纺丝设备,本论文深入研究了温度、纺丝距离、电场形式等对熔体静电纺丝的影响。本文在原有设备基础上设计制造了新型静电纺丝装置,并且系统研究了静电纺丝中各因素对纺丝纤维直径的影响,并对几种高粘度物料进行了实验,成功制得了少量的纳米级纤维。静电纺丝工作电场的分布形式,难以直接测量,并且其对纺丝纤维的质量有着非常大的影响,本文使用ANSYS软件对静电纺丝工作电场进行了模拟,并通过后续实验进行了结果的验证。此外,本文还进行了静电纺丝装置的改进,设计了适用于高粘度物料且减缓降解的纺丝喷头,通过实验验证其在纺制高粘度物料时,具有非常突出的优越性；并且,设计制造了一种与传统纺丝设备完全不同纺丝纤维排列具有一定宽度的一字架喷头,并进行了实验研究。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 静电纺丝技术基本概述
• 1.1.1 过程简介
• 1.1.2 静电纺丝的特点与分类
• 1.2 静电纺丝技术的国内外研究现状
• 1.3 静电纺丝应用
• 1.3.1 高效能过滤材料及防护服装
• 1.3.2 医疗领域
• 1.3.3 其他工业应用的领域
• 1.4 本论文的研究意义
• 1.5 研究的主要内容
• 第二章 减小静电纺丝纤维直径的研究
• 2.1 实验部分
• 2.1.1 实验原料
• 2.1.2 实验装置
• 2.1.3 静电纺丝试验过程
• 2.1.4 微观形态表征
• 2.2 结果与讨论
• 2.2.1 PP的静电纺丝实验
• 2.2.2 PET的静电纺丝实验
• 2.2.3 PCL的静电纺丝实验
• 2.3 本章小结
• 第三章 静电纺丝电场分布的模拟
• 3.1 有限元方法的概述
• 3.2 电场问题的有限元法及电场边界条件
• 3.2.1 泊松方程和拉普拉斯方程
• 3.2.2 电场有限元计算原理
• 3.3 静电纺丝工作电场分析
• 3.3.1 静电场模拟的准备工作
• 3.3.2 模型简化及假设条件
• 3.3.3 电场分析中单元选择
• 3.3.4 定义材料参数
• 3.3.5 模型集合参数的确定
• 3.3.6 网格的划分
• 3.4 静电场模拟结果与讨论
• 3.4.1 普通电场的静电纺丝模拟结果与讨论
• 3.4.2 接收板面积尺寸对静电纺丝电场分布的影响
• 3.4.3 平行电场的静电纺丝的模拟结果与讨论
• 3.5 本章小结
• 第四章 熔体静电纺丝的平行电场实验研究
• 4.1 实验部分
• 4.1.1 实验设备
• 4.1.2 实验原料
• 4.1.3 实验步骤
• 4.2 结果与讨论
• 4.2.1 接收板面积对纺丝电场的影响
• 4.2.2 上平行板面积对纺丝电场的影响
• 4.2.3 接收板与平行板相面积对纺丝电场的影响
• 4.3 本章小结
• 第五章 新型纺丝喷头的实验研究
• 5.1 高粘度防降解物料静电纺丝喷头的研制与实验
• 5.1.1 高粘度防降解物料静电纺丝喷头的研制
• 5.1.2 PA的对比实验
• 5.1.3 PLA的对比实验
• 5.2 新型一字架喷头的研制与实验
• 5.2.1 新型一字架喷头的研制
• 5.2.2 新型一字架喷头的实验
• 5.3 本章小结
• 第六章 结论及展望
• 6.1 结论
• 6.2 展望
• 参考文献
• 致谢
• 研究成果及发表的学术论文
• 导师及作者简介
• 北京化工大学