无尖端喷头纳米纤维批量电纺的实验研究

论文摘要

在纳米纤维制造技术中,静电纺丝技术由于其独特的优势如无需模版与强力挤压、高速、纯物理过程等,因此系统简单、制备成本低,得到了学术界和产业界的广泛关注。目前传统静电纺丝技术采用单根针尖作为喷丝头,一根针头只能产生一束射流,喷射效率很低,无法满足复合材料、生物支架、伤口包扎、过滤薄膜等应用要求,因此实现批量化制造纳米纤维是纳米纤维获得工业化应用的关键。本课题基于电液动力学原理,提出一种无尖端喷头纳米纤维批量电纺技术,利用金属圆柱形滚筒做为喷头,代替传统针尖式,批量化制备纳米纤维,以提高纳米纤维的产量。实验结果表明,采用此方法得到的纳米纤维产量为传统电纺的700倍以上。课题在研制一套无尖端喷头纳米纤维批量电纺实验装置的基础上,重点研究高压电场下薄膜溶液表面射流的形成过程,探索溶液特性、滚筒结构、电极距离、溶液厚度等参数的优化。具体研究工作包括以下几部分:●在查阅了大量文献、资料的基础上,提出了一种基于电液动力学原理的无尖端喷头纳米纤维批量电纺技术;●自主设计搭建了无尖端喷头纳米纤维批量电纺实验装置,装置由可转动金属喷头、溶液槽、溶液厚度调节刮板、纤维收集板、120kV高压电源等组成;●利用显微装置观察在高压电场下薄膜溶液表面射流的形成过程,确定泰勒锥的直径、速度及运动方向等;●通过大量的实验分析了溶液浓度、滚筒结构、电极间距、溶液厚度、收集板形状、喷射电压等参数对纳米纤维质量的影响,得到无尖端喷头批量电纺的最佳工艺参数;●运用ANSYS有限元分析软件对不同参数下的实验装置进行电场分析,分析仿真结果与实验结果是否一致。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 目录
• 第一章 前言
• 1.1 纳米纤维的应用
• 1.2 纳米纤维的制备方法及存在的问题
• 1.3 本研究课题的提出背景
• 1.4 本文研究目标以及主要工作
• 第二章 批量化电纺纳米纤维技术
• 2.1 批量化电纺纳米纤维的国内外研究现状
• 2.2 无尖端喷头纳米纤维批量电纺技术
• 2.3 电液动力学基本理论
• 2.4 本章小结
• 第三章 实验方案与相关设备
• 3.1 实验方案
• 3.2 实验相关设备
• 3.3 本章小结
• 第四章 无尖端喷头批量电纺的喷射观察和实验分析
• 4.1 实验步骤
• 4.2 无尖端喷头批量电纺过程中泰勒锥的研究
• 4.3 喷筒表面带金属锥尖的批量电纺中泰勒锥的研究
• 4.4 产量计算
• 4.5 本章小结
• 第五章 无尖端喷头批量电纺纳米纤维的参数优化
• 5.1 喷头结构
• 5.2 电压
• 5.3 浓度
• 5.4 溶液厚度
• 5.5 电极间距
• 5.6 收集板形状
• 5.7 其他实验参数
• 5.8 本章小结
• 第六章 总结与展望
• 6.1 总结
• 6.2 下一步工作
• 参考文献
• 致谢
• 硕士期间科研成果