基于有限元分析的转辊式无针头静电纺电场优化

摘要

为克服转辊式无针头静电纺丝过程中的边缘效应,采用对转辊式纺丝头进行倒角处理和增加辅助电极两种方式来改善转辊式无针纺丝头场强分布的均匀性.采用COMSOL Multiphysics有限元模拟软件,对倒角半径、辅助电极直径、辅助电极与纺丝头间距及辅助电极厚度对电场强度及其分布的影响进行分析.结果表明:随着倒角半径从0增加到65 mm,场强平均值逐渐降低,场强均匀性明显增加,场强CV值由26.3％降低到11.8％;随着辅助电极直径增加,场强平均值逐渐降低,场强均匀性先降低后升高;随着纺丝头与辅助电极间距的增加,场强平均值略有增大,而场强均匀性逐渐增加;随着辅助电极厚度增大,场强平均值基本不变而场强均匀性先升高后降低;辅助电极直径160 mm,辅助电极与纺丝头间距45 mm,辅助电极厚度3 mm时,辅助电极对纺丝头电场强度分布均匀性的改善效果最佳,场强平均值为1.64×108 V/m,场强CV值为1.68％;与倒角处理相比,增加辅助电极对克服边缘效应和提高场强均匀性更为有效.