熔体静电纺丝超细纤维的成型及下落取向研究

摘要

静电纺丝法是目前制备纳米纤维的诸多方法中最有效也是最简单可行的方法，其制备的纳米纤维在生物医疗、过滤、服装等诸多领域都有着广阔的应用前景。传统的溶液静电纺丝虽然能够制备较细的纤维，但是其存在溶剂回收以及匹配合适溶剂等问题，在工业化应用时受到了很大的限制。而熔体静电纺丝则不会存在类似的问题，因而相比前者具有更好的发展空间。二十一世纪以来，随着静电纺丝技术研究的日益深入，对静电纺丝过程中的实时控制以及基本理论的研究显得尤为重要。但在静电纺丝过程中，纺丝纤维成型过程复杂，纺丝射流在下落过程中具有极大的不稳定性，导致射流运动的不可控制，致使制备的纤维不均匀、成型质量差等不好的后果，这些存在的问题都严重阻碍了熔体静电纺丝实现大规模工业化前进的步伐。
　　 本文基于熔体静电纺丝的实验研究，利用现有自行研制的熔体静电纺丝设备，结合高速摄像技术，成功搭建了实验用熔体静电纺丝高速摄像观测平台。通过即时观测射流下落过程，系统研究了熔体静电纺丝中不同物料、不同温度、不同纺丝电压和不同纺丝距离对纤维成型以及带电射流下落过程的影响，得到了聚丙烯(PP)熔体静电纺丝中纤维成型下落的一般规律和保持稳定射流的最优纺丝条件。此外，本文还采用了实验室自行研制的高效喷头，对其纺丝过程中射流运动进行了研究，并通过实验验证了最佳纺丝条件下纤维下落取向的特点和规律。

目录

声明

学位论文数据集

摘要

符号说明

第一章 绪论

1.1 静电纺丝技术概述及其发展应用

1.1.1 静电纺丝技术国内外发展概述

1.1.2 静电纺丝的应用

1.2 静电纺丝超细纤维的成型下落及制备

1.2.1 静电纺丝超细纤维的成型过程

1.2.2 静电纺丝纤维下落过程中的不稳定性研究

1.3 静电纺丝基本理论概述

1.3.1 初始阶段基本理论研究

1.3.2 非稳定阶段的螺旋摆动基本理论研究

1.3.3 射流直径基本理论研究

1.4 静电纺丝制备取向纤维的研究概述

1.4.1 旋转式接收装置

1.4.2 水面接收式接收装置

1.4.3 框架式接收装置

1.4.4 平行电极接收装置

1.4.5 辅助电场接收装置

1.4.6 辅助磁场接收装置

1.4.7 其他：点对点式对纺装置，近电场纺丝装置

1.5 本论文的研究意义

1.6 研究的主要内容

第二章 静电纺丝高速摄像观测平台的搭建

2.1 高速摄像机

2.2 镜头

2.3 光源

2.4 光源的照射方式

2.5 搭建静电纺丝高速摄像观测平台

第三章 单喷头熔体静电纺丝的纤维下落研究

3.1 实验部分

3.1.1 实验原料

3.1.2 实验装置

3.1.3 熔体静电纺丝实验方法

3.1.4 熔体静电纺丝的射流摆动表征

3.1.5 动态运动表征

3.2 PP的熔体静电纺丝过程描述

3.2.1 PP熔体静电纺丝的第一阶段

3.2.2 PP熔体静电纺丝的第二阶段

3.2.3 PP熔体静电纺丝的第三阶段

3.3 结果与讨论

3.3.1 不同物料对纺丝纤维下落过程的影响

3.3.2 不同纺丝温度对纺丝纤维下落过程的影响

3.3.3 不同纺丝电压对纺丝纤维下落过程的影响

3.3.4 不同纺丝距离对纺丝纤维下落过程的影响

3.4 本章小结

第四章 高效纺丝喷头熔体静电纺丝纤维下落过程研究

4.1 高效纺丝喷头的概述

4.2 PP高效纺丝喷头熔体静电纺丝实验

4.2.1 实验原料

4.2.2 实验装置

4.2.3 静电纺丝实验过程

4.2.4 动态运动表征

4.2.5 结果与讨论

4.3 PLA高效纺丝喷头熔体静电纺丝实验

4.3.1 实验原料

4.3.2 实验装置

4.3.3 实验预处理

4.3.4 静电纺丝实验过程

4.3.5 微观形态表征

4.3.6 结果与讨论

4.4 本章小结

第五章 熔体静电纺丝制备取向纤维的研究

5.1 实验部分

5.1.1 实验原料

5.1.2 实验装置

5.1.3 实验预处理

5.1.4 静电纺丝实验过程

5.1.5 微观形态表征和动态表征

5.2 结果与讨论

5.2.1 SA与CaSA对PP改性机理

5.2.2 SA和CaSA的添加对纤维取向的影响

5.2.3 SA和CaSA的添加对射流直径的影响

5.2.4 极限电压对熔体静电纺丝效果的影响

5.3 本章小结

第六章 结论及展望

6.1 结论

6.2 展望

参考文献

致谢

研究成果及发表的学术论文

导师及作者简介

北京化工大学硕士研究生学位论文答辩委员会决议书