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《矩形排列四噴頭噴氣靜電紡納米纖維的制備-論文.pdf》由會員上傳分享，免費在線閱讀，更多相關內容在行業(yè)資料-天天文庫。
1、第27卷第2期紡織高?；A科學學報Vo1．27，NO．22014年6月BASICSCIENCESJOURNALOFTEXTILEUNIVERSITIESJun．。2O14文章編號：1006—8341(2014)02—0248—05矩形排列四噴頭噴氣靜電紡納米纖維的制備徐爭濤，樊建彬。，馬柯，何建新。(1．西安工程大學機電工程學院，陜西西安710048；2．河南省紡織建筑設計院有限公司，河南鄭州450007；3．中原工學院河南省功能性紡織材料重點實驗室，河南鄭州450007)摘要：為了提高納米纖維
2、的產(chǎn)量，設計了一種矩形排列的四噴頭組合式靜電紡絲裝置．模擬不同噴絲單元間距時的電場分布，研究了電場分布對納米纖維的射流、產(chǎn)量、面積和纖維形貌的影響．研究發(fā)現(xiàn)，納米纖維的產(chǎn)量和面積隨著噴絲間距的增加先增大后減?。趪娊z單元間距為9cm時，噴絲效果最好，納米纖維的產(chǎn)量最大為2．2667g／h，噴絲面積最大．噴絲單元的間距對纖維的形貌影響不大．關鍵詞：矩形四噴頭噴氣靜電紡；不同間距；電場模擬；射流；形貌中圖分類號：TS103．1文獻標識碼：A0引言目前通過靜電紡絲制備的納米纖維主要呈無紡布狀，具有很高
3、的比表面積以及良好的力學性能和熱電傳導性，這些優(yōu)點使其在過濾材料Ⅲ、生物醫(yī)用材料、傳感器啪等方面得到了廣泛的應用．多針頭靜電紡絲主要是通過增加針頭的數(shù)量來達到增加納米纖維產(chǎn)量的目的，但是研究發(fā)現(xiàn)由于針頭的小尺寸效應在電場中會產(chǎn)生“電暈放電”現(xiàn)象，因此對針頭之間的距離以及布置都有較高的要求，采用多針頭式靜電紡絲的產(chǎn)量較低，并且在紡絲工程中針頭容易堵塞，不利于紡絲的連續(xù)性，嚴重影響了納米纖維的發(fā)展．為了解決這個問題，研究人員們開始進行無針頭靜電紡絲裝置的研究引，試圖通過增加泰勒錐的數(shù)量和體積來提高纖
4、維的產(chǎn)量，研究的主要成果有滾筒式、電磁式、濺射式。和氣泡式。等靜電紡絲設備．劉雍和何吉歡提出氣泡靜電紡絲法，在溶液表面形成氣泡，氣泡破裂后形成具有一定初速度的多股射流，提高了納米纖維的產(chǎn)量，但由于其開放的供液系統(tǒng)導致紡絲液的濃度發(fā)生變化，并且形成的氣泡大小不均勻，使得到的納米纖維直徑分布不均．文中設計出一種新型的多噴頭封閉式靜電紡絲裝置，研究在不同紡絲單元間距下，多噴頭電場的分布情況和納米纖維的產(chǎn)量及形貌．1實驗1．1材料聚丙烯腈(PAN，平均相對分子量為50ooo)，二甲基甲酰胺(DMF，上海
5、化學試劑公司)．將烘干的PAN粉末溶解在DMF溶液中，在80℃條件下攪拌4h充分溶解，制得質量分數(shù)為15的均勻透明的靜電紡溶液．收稿日期：2013—11-18基金項目：國家自然科學基金資助項目(51203196)；河南省人才培養(yǎng)聯(lián)合基金資助項目(U1204510)通訊作者：何建新(1977一)，男，江蘇省靖江市人，中原工學院副教授，博士．E-mail：hejianxin771117@163．tom第2期矩形排列四噴頭噴氣靜電紡納米纖維的制備2491．2四噴頭矩形靜電紡絲裝置為了實現(xiàn)批量化生產(chǎn)納米
6、纖維，本中設計了四噴頭矩形排列靜電紡絲裝置，如圖1所示．以單噴頭為基本紡絲單元，將4個噴頭呈矩形排開．該紡絲單元由16mm內徑的噴頭(存放紡絲液和形成自由液面)、氣泡發(fā)生裝置(氣流由空壓機統(tǒng)一供給)、溶液儲存和輸出裝置(由注射泵儲存和輸出)、高壓發(fā)生裝置和接收板、電極等幾部分組成．其中，噴頭的上端由金屬電極和儲液室2部分組成，儲液室由供液裝置以一定的速度供液；下端為氣室，用供氣裝置勻速的供給氣體，使溶液室內自由液面生成穩(wěn)定的氣泡，氣泡位于正負極之間，正好處于靜電場中．紡絲工藝參數(shù)為：接收板到噴頭
7、的接收距離為18cm，紡絲電壓為30kV，溶液的供給速度為8mL／h，通氣量為1lOOmL／min．1．3電場模擬實驗對4個噴頭進行矩形排列，相鄰2個噴絲單元的間距分別為8cm，9cm，lOcm．在上述條件下，使用Maxwell電場模擬軟件進行不同間距的電場模擬．1．4掃描電鏡觀察在JSM一5600LV掃描電子顯微鏡下觀察納米纖維的表面形貌．測試條件：恒溫(20+2)℃，相對濕度(65±5)，加速電壓20kV，測試前樣品進行鍍金處理．圖1四噴頭矩形靜電紡絲裝置效果圖1-底座；2一導管；3?氣泵；
8、一注射泵；5一高壓發(fā)生器；2結果與分析6-接收板；7噴頭；8一導線2．1不同間距下的電場模擬在矩形排列的四噴頭噴氣靜電紡絲中，矩形排列的單噴頭除了要受到水平和豎直方向上相鄰噴頭的影響外，還要考慮對角線方向上噴頭電場的影響．本節(jié)通過Maxwell12軟件進行噴絲單元在不同間距下的電場模擬，圖2(a)～(c)，即為電極模擬圖的主視圖和俯視圖．如圖2所示，噴頭水平和豎直方向上的間距都是從8cm增加到lOcm，在此主要討論噴絲過程中各噴頭之間可能受到的電場影響．主視圖中箭頭的方向代表電場力的方向，箭頭的
