由于納米纖維具有比表面積大、孔隙小等許多獨(dú)特的優(yōu)良性能,在紡織、服裝等傳統(tǒng)領(lǐng)域和組織工程、生物工程、航空航天等高科技領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。隨著科技的不斷發(fā)展,人們對(duì)納米纖維的需求量和性能的要求也越來(lái)越高,引起了學(xué)者們對(duì)納米纖維制備技術(shù)的研究熱潮。但目前納米纖維制備的效率低下,纖維性能不穩(wěn)定,無(wú)法滿足工業(yè)應(yīng)用的需求。有鑒于此,本文選取靜電紡絲和微流紡兩種典型的紡絲工藝,運(yùn)用理論與實(shí)踐相結(jié)合的方法,研究外加能量場(chǎng)（振動(dòng)場(chǎng)和磁場(chǎng)）對(duì)紡絲過(guò)程中紡絲液流變性能和拉伸成絲過(guò)程的影響,探索提高納米纖維制備效率和纖維質(zhì)量的工藝方法。首先,本文研究了超聲振動(dòng)對(duì)PAN/DMF紡絲液流動(dòng)性能及靜電紡絲工藝的影響,實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn):當(dāng)頻率小于20kHz時(shí),振動(dòng)對(duì)PAN/DMF紡絲液的粘度幾乎沒(méi)有影響;當(dāng)頻率超過(guò)20kHz時(shí),振動(dòng)顯著降低了PAN/DMF紡絲液的粘度;當(dāng)頻率為21kHz時(shí),粘度的下降率高達(dá)29%。利用振動(dòng)處理后的PAN/DMF紡絲液進(jìn)行靜電紡絲實(shí)驗(yàn),制備纖維的平均直徑減小了39%。其次,采用解析法得到靜電紡絲制備纖維過(guò)程中電場(chǎng)強(qiáng)度和電場(chǎng)力的表達(dá)式,并利用ANSYS軟件分析靜電紡絲過(guò)程中電場(chǎng)強(qiáng)度的分布規(guī)律;建... 

【文章來(lái)源】：武漢紡織大學(xué)湖北省

【文章頁(yè)數(shù)】：61 頁(yè)

【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【部分圖文】：

天然纖維

3納米纖維的研究熱點(diǎn)。目前，靜電紡絲制備納米纖維是最簡(jiǎn)單、方便及有效的方法之一。其裝置主要是由擠出泵、噴絲頭、接收裝置、高壓電源裝置四部分組成，如圖1.2所示。噴絲頭處接正電壓，接收裝置處接負(fù)電壓，噴絲頭與接收裝置之間形成了高壓靜電場(chǎng)，紡絲液在擠出泵推力的作用下，將紡絲液推到噴絲口處；在電場(chǎng)力、表面張力、黏彈力等力的共同作用下，紡絲液液滴形成泰勒錐；當(dāng)電場(chǎng)力足夠大時(shí)，電場(chǎng)力克服了紡絲液液滴的表面張力和黏彈力等力，形成泰勒錐，從泰勒錐的錐頂射出，使噴射流被不斷的拉伸細(xì)化，溶劑揮發(fā)，最后沉積在接收裝置上，形成纖維[17-18]。噴射流在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中的軌跡主要可分為以下三個(gè)階段：第一，噴射流進(jìn)入穩(wěn)定階段，在靜電紡絲制備纖維的過(guò)程中，由于噴絲頭處直接接正高壓電，以至于噴絲頭處的電場(chǎng)強(qiáng)度最大，從噴絲頭處擠出的帶電液滴此時(shí)有最大電場(chǎng)力，帶電液滴將開(kāi)始做加速直線運(yùn)動(dòng)；第二，噴射流進(jìn)入不穩(wěn)定階段，隨著噴射流距離接收裝置的位置越來(lái)越近，電場(chǎng)力逐漸減小，電場(chǎng)力將不足以克服紡絲液的粘彈力，噴射流中帶電電荷產(chǎn)生斥力，使噴射流運(yùn)動(dòng)軌跡的螺旋環(huán)直徑不斷增大；第三，噴射流進(jìn)入次級(jí)不穩(wěn)定階段，噴射流經(jīng)過(guò)兩個(gè)階段之后接近接收裝置，噴射流所受到的電場(chǎng)力幾乎為零，噴射流主要受到電荷與電荷之間的相互斥力，使噴射流在此階段形成很小的螺旋環(huán)[19]。如圖1.3，為噴射流的全部運(yùn)動(dòng)軌跡。隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展進(jìn)步，人們對(duì)納米纖維的認(rèn)識(shí)更加全面，研究靜電紡絲制備納米纖維的學(xué)者也越來(lái)越多。目前，大部分學(xué)者們主要是從以下幾個(gè)方面研究靜電紡絲制備納米纖維，主要包括對(duì)紡絲液性質(zhì)的研究、改變噴射流運(yùn)動(dòng)軌跡的過(guò)程條件和環(huán)境因素等方面[20]。圖1.2靜電紡絲原理圖

4圖1.3噴射流的運(yùn)動(dòng)軌跡圖[19]1.2.2振動(dòng)輔助靜電紡絲工藝的研究現(xiàn)狀近十幾年里，靜電紡絲技術(shù)迅速發(fā)展，大部分研究者們集中研究紡絲液的配制、工藝參數(shù)和噴射流的運(yùn)動(dòng)過(guò)程等方面，對(duì)高濃度紡絲液進(jìn)行靜電紡絲的可紡性和力學(xué)性能等方面的研究提及較少[21]。高濃度的紡絲液不僅能夠較好地提高納米纖維的制備效率，也有利于提高所紡纖維的力學(xué)性能，曹琴琴[22]等人的研究表明靜電紡絲制備纖維的強(qiáng)度隨著紡絲液的濃度或粘度的增大而提高，但因靜電紡絲工作原理的限制，其主要限制了高濃度紡絲液的粘度，粘度越大，流動(dòng)性越小，需要極高的電場(chǎng)力才能將紡絲液液滴拉伸成絲，而且高濃度紡絲液在做靜電紡絲實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，紡絲液容易在噴絲口揮發(fā)固化，從而無(wú)法進(jìn)行正常的連續(xù)紡絲，產(chǎn)生這一工藝缺陷的根本原因是高濃度紡絲液的粘度過(guò)大，紡絲液的流動(dòng)性小，拉伸成絲需要更高的電場(chǎng)力。為了克服這一困難，學(xué)者們想到了利用振動(dòng)降粘理論，通過(guò)給紡絲液施加振動(dòng)，使紡絲液里的剪切速率增大，在其內(nèi)部聚集巨大的聲場(chǎng)能量，導(dǎo)致紡絲液的粘度、流動(dòng)性、電導(dǎo)率及表面張力等紡絲液的性質(zhì)都發(fā)生了改變[23]，從而提升了高濃度紡絲液的可紡性和纖維的性能。目前，國(guó)內(nèi)外研究學(xué)者針對(duì)振動(dòng)場(chǎng)對(duì)靜電紡絲制備纖維工藝的影響，展開(kāi)了初步的研究[24]，江南大學(xué)的何吉?dú)g等人在2006年申請(qǐng)了一項(xiàng)關(guān)于制備納米纖維的振動(dòng)輔助靜電紡絲裝置[25]的專(zhuān)利，如圖1.4所示。該裝置的工作原理是當(dāng)超聲波發(fā)生器工作時(shí)，它將振動(dòng)頻率傳給壓電傳感器，使紡絲液液面振動(dòng)，形成連續(xù)有一定規(guī)律的波峰凸起，紡絲液中帶電電荷在電場(chǎng)力的作用下，被極化集中在液面凸起的頂端，形成了泰勒錐。當(dāng)電場(chǎng)力達(dá)到一定值后，紡絲液開(kāi)始被拉伸細(xì)化，最終沉積在接收裝置上，形成纖維。江南大學(xué)的

【參考文獻(xiàn)】：
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本文編號(hào)：3253963