电场分布对静电纺聚氧化乙烯纤维取向度和结晶度的影响

摘要

静电纺丝是聚合物溶液在高压电场的作用下，通过极短的时间被拉伸形成超细纤维的技术。静电纺获得的纤维比传统纺丝获得的纤维细的多，具有直径小，高比表面积，高吸附性的特点，被广泛应用于纳米纤维材料的复合、过滤、分离膜、生物医学应用(包括组织工程、人造器官、药物控释、创伤包扎)和防护服以及燃料电池等领域。但是静电纺本身具有的一些缺点，极大的限制了其应用的扩展，其中纤维强力差的问题尤其突出。静电纺纤维的取向度和结晶度是影响其强力的重要因素，此外纤维的取向度和结晶度还影响纤维的压电性，生物降解性等性能。
　　本文通过改变喷嘴结构和接收装置达到改变静电纺丝电场分布的目的，从而探究电场分布对纤维取向度和结晶度的影响。本文在第二章中采用单孔静电纺丝装置，与传统单针头静电纺丝装置在不同的滚筒转速、纺丝流量、纺丝距离和纺丝电压下进行对比试验，将收集到的静电纺纤维用傅里叶红外光谱技术(FTIR)测量其取向度，同时用Comsol软件对两种静电纺丝装置的电场分布进行模拟。试验结果表明针型静电纺丝装置获得的纤维比平面单孔静电纺丝装置所纺纤维取向度好，平面单孔静电纺丝装置获得的纤维的取向度沿某一工艺参数的变化比较均匀；在一定范围内随着纺丝电压、纺丝流量和纺丝距离的增大，两种喷嘴获得的纤维取向度呈现先增大后减小的趋势。模拟结果表明：平面单孔喷嘴外部中的电场分布更加均匀，且纺丝区域中的平均电场强度值大；针型喷嘴内部和外部较短距离内(0.5cm)电场强度均大于平面孔型喷嘴相应位置电场强度。第三章在以上两种不同喷嘴静电纺丝装置的基础上，调节不同工艺参数进行对比试验，探究电场强度对纤维结晶度的影响，测量方法采用X射线衍射法(XRD)。试验结果说明纤维结晶度的变化趋势与取向度的变化趋势十分相似，两者具有相关性；纤维结晶度的变化范围较小，受纺丝工艺的影响较小。第四章中采用平行平板电极接收装置和滚筒接收装置作对比试验，试验过程与试验方法与第二章相同，并用Comsol软件模拟平行平板接收装置电场分布，试验结果说明，平行平板电极接收装置收集到的PEO纤维取向度比滚筒接收装置收集到的纤维的取向度要好；在一定范围内随着纺丝电压、纺丝流量和纺丝距离的增大，两种接收装置接收的纤维取向度呈现先增大后减小的趋势。模拟结果表明平行平板表面电场强度更大，纤维受到的拉伸作用更显著。

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第一章 绪论

1.1 静电纺丝技术简介

1.2 静电纺纤维的性能和应用

1.3 静电纺丝的研究现状

1.4静电纺纤维取向度和结晶度的研究现状

1.5课题研究背景、内容及方法

第二章 不同喷嘴所纺PEO纤维取向度

2.1静电纺丝试验

2.2静电纺PEO纤维取向度的测量方法

2.3试验结果与讨论

2.4电场的数值模拟

2.4机理分析

2.5本章小结

第三章 不同喷嘴所纺PEO纤维结晶度

3.1静电纺丝试验

3.2试验结果讨论

3.3本章小结

第四章 不同接收装置接收静电纺PEO纤维取向度

4.1静电纺丝试验

4.2试验结果讨论

4.3电场模拟

4.4试验结果分析

4.5本章小结

第五章 总结与展望

5.1本文得到的结论

5.2存在的问题与发展方向

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文

致谢