溅射式规模化静电纺丝方法与工艺研究

论文摘要

静电纺丝方法制得的纳米纤维材料具有比表面积大、孔径尺寸小等特点,其在高效过滤材料、生物医用材料、高精密仪器、防护材料、纳米复合材料等领域均有很好的应用前景。然而,目前其生产装置仍以单针头静电纺丝装置为主,其生产率极低（0.1-1g/h）,难以满足工业化、产业化需要。近几年,各国科学家及相关研究人员均在对此问题进行攻关,依据多射流的获得来提高产量的思路,先后提出了改制单针头、多针头、无针头的静电纺丝装置。考虑到针头供液的易堵性,及多针头排列的结构复杂性,无喷头静电纺丝装置得到了广泛的关注。本文在此基础上提出了一种新的无喷头静电纺丝装置——溅射式无喷头静电纺丝装置,并研究了该装置的纺丝工艺及纺丝临界电压理论。论文第一章概述了目前静电纺丝装置、工艺、理论的国内外研究现状。第二章,采用工艺较成熟的单针头静电纺丝装置,通过实验得出了聚氧化乙烯（PEO）和聚乳酸（PLLA）溶液的适纺浓度范围,并得出了各工艺参数:电压、流速、接收距离对提高低浓度溶液可纺性的影响规律,以及对降低珠节缺陷的影响规律。第三章,以水溶性聚氧化乙烯（PEO）为实验原料,系统研究了溅射式无喷头静电纺丝装置参数（滚筒转速）、溶液性质（浓度）、工艺参数（电压、接收距离）对纳米纤维形貌和细度的影响规律,并测试了所纺纳米纤维毡的性能特征。第四章,借鉴目前较成熟的静电场中非粘弹性液体的临界电压理论,并结合本文装置特殊的供液方式特点,引入椭圆率参变量,以及溶液的粘弹性质,通过公式推导、计算得出溅射式无喷头静电纺丝装置的临界电压,并通过实验方法验证了临界电压的正确性和适用性。第五章,以高挥发性溶剂溶解的聚乳酸PLLA为实验原料,研究了该新型装置的适用性,得出其对纺制此系列的高聚物有一定的局限性,并提出了改进此纺丝机的设计方向,以进一步扩大该静电纺丝机的适用范围。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 静电纺丝国内外研究现状
• 1.2 本课题研究内容和方法
• 第二章 静电纺丝溶液可纺性研究
• 2.1 可纺性的研究现状
• 2.2 可纺性实验分析
• 2.3 本章小结
• 第三章 溅射式规模化静电纺PEO工艺研究
• 3.1 实验
• 3.2 试验结果分析
• 3.3 PEO纳米纤维毡性能研究
• 3.4 本章小结
• 第四章 溅射式规模化静电纺PEO临界电压的研究
• 4.1 静电场中非粘弹性液体临界电压理论
• 4.2 溅射式规模化静电纺PEO临界电场强度
• 4.3 本章小结
• 第五章 溅射式规模化静电纺PLLA的工艺研究初探
• 5.1 实验
• 5.2 实验现象及分析
• 5.3 本章小结
• 第六章 结论
• 参考文献
• 致谢
• 硕士期间发表的论文