范文一:静电纺丝技术及其研究进展
2007年第8期 产业用纺织品 综述
静电纺丝技术及其研究进展
杨恩龙 王善元 李 妮 赵丛涛 (东华大学纺织学院, 上海, 201620)
3
摘 要:静电纺丝是目前唯一能够直接、。程, 静电纺丝射流的稳态和非稳态的研究成果。纳米纤维膜的应用。关键词:静电纺丝, 纳米纤维, 中图分类号:. 文章编号:1004-7093(2007) 08-0007-05
近几年来, 由于纳米材料研究的迅速升温, 激起了人们对静电纺丝(又称电纺) 进行深入研究的浓厚兴趣。和拉伸、相分离等方法相比, 静电纺丝已成为制取纳米纤维最重要、最有效的方法。静电纺纳米纤维的发展历程见表1。
年 份
1934
表1 静电纺丝的发展历程
发 展 历 程
For mhals 申请了制备聚合物超细纤维的
1966
静电纺丝装置专利[1]
Si m ons 申请了由静电纺丝法制备超薄、
1 静电纺丝技术
1. 1 静电纺丝的基本原理
1981
超细非织造膜的专利[2]
Larr ondo 等对聚乙烯和聚丙烯进行了熔
1995
融静电纺丝的研究[3]
Reneker 研究组开始对静电纺丝进行研
使聚合物溶液或熔体带上高压静电, 当电场力足够大时, 聚合物液滴可克服表面张力形成喷射细流。带电的聚合物射流拉伸细化, 同时弯曲、劈裂, 溶剂蒸发或固化, 沉积于基布上形成纳米纤维膜。1. 2 静电纺丝的影响因素
1999
究。静电纺丝迅速发展[4]
Fong 等对静电纺丝纳米纤维串珠现象及
2000
微观结构作了研究[5~6]
Sp ivak 等首次采用流体动力学描述静电
静电纺丝的影响因素列于表2。1. 3 静电纺丝的优缺点
2003
纺丝过程, 并且提出了静电纺丝的工艺参数。Reneker 等研究了静电纺丝过程的不稳定性[7~8]
全面系统地研究静电纺丝超细纤维微观形貌的影响因素、表征、过程参数的改进, 以及静电纺丝制取纳米纤维后通过煅烧制备无机氧化物超细纤维等开发静电纺纳米纤维的原料。多组分聚合物的静电纺丝。静电纺丝和其他方法结合开发新型纳米纤维。捷克利贝雷茨技术大学与爱勒马可(E LMARC O ) 公司合作生产的纳米纤维纺丝机“纳米蜘蛛”问世
静电纺丝法简单、易操作。但是有如下缺点:第一, 静电纺丝难以得到彼此分离的纳米纤维长丝或短纤维; 第二, 目前静电纺丝机的产量很低; 第三, 静电纺纳米纤维的强度较低。
2004~2006
2 静电纺丝机
2. 1 喷丝头与收集板垂直排布的静电纺丝机
[9]
喷丝头与收集板垂直排布(立式) 的静电纺丝
3国家自然科学基金资助项目(10602014) 收稿日期:2006-10-26
作者简介:杨恩龙, 男, 1980年生, 在读博士研究生。主要从事静电纺纳米纤维的研究工作。
机, 主要用于静电纺丝的基础研究。
2. 2 喷丝头与收集板水平排布的静电纺丝机
喷丝头与收集板水平排布的静电纺丝机(卧
表2 静电纺丝的影响因素
纺丝液性质聚合物分子量纺丝液粘度纺丝液浓度纺丝液电导率纺丝液弹性纺丝液表面张力
纺丝工艺参数施加电压
针头到收集板的距离纺丝液流量
环境参数温度湿度
纺丝室气流速度
3. 2 射流不稳定部分
静电纺丝中会出现三种不稳定性状况, 第一种
是粘性(Rayleigh ) 不稳定性, 第二种是曲张不稳定性, 第三种是弯曲不稳定性。后两个不稳定性状况完全是射流的表面电荷在电场的作用下引起的, 而且可能随纺丝射流的伸展而放大。
Yu
[15]
研究了Rayleigh 不稳定性对射流的影
响。定义Deborah =溶液松弛时间/射流Rayleigh 不稳定性。不稳定性受到抑制, 射
式) 的主件与喷丝头收集板垂直排布的静电纺丝机相同, 只是方向不同而已。2. 3 , 射流在静电场中形成静电纺丝而不是静电喷涂。Yu 还导出了Rayleigh 不稳定性完全抑制时的射流弹性应力的临界值。
高压静电场下高聚物溶液喷射流的不稳定的主要原因为:①高压静电场下射流表面电荷的相互排斥; ②分裂液滴间或更细射流间的相互排斥; ③射流与环境流体的混合流动。
收集筒、辅助电极/、收集框等。Pan
[10]
用双喷丝头静电纺丝装置纺得连续的纳米
纤维纱线并能较好地取向收集。2. 4 高产量静电纺丝机
一种是使用多喷头来提高纺丝产量的静电纺丝机, 称为转子纺丝机(r ot ors p inner ) 。因为不同喷丝头之间有静电干扰, 设计非常复杂。另一种是改变纺丝液带电方法的静电纺丝机, 如用电晕放电或场发射电子枪。采用这类方法, 纺丝液的流量已经可达50m l/s
[11]
4 静电纺丝技术的新进展
静电纺丝本来就是一个多学科交叉的技术, 目前静电纺丝还和其他方法结合起来制造功能性纳米纤维, 学科交叉更加明显。4. 1 静电纺丝和凝胶溶胶
Shao
[16]
。2004年11月3日纳米蜘蛛丝样
机问世, 这是世界上首台纳米纤维纺丝机, 可大规模低成本生产纳米纤维材料。
等用凝胶溶胶和静电纺丝技术制成聚
3 静电纺丝射流稳态和非稳态的研
乙烯醇/醋酸镁纳米纤维。所得纤维在真空中70℃干燥129h, 然后以每240℃/h 升温到400~800℃, 再在需要的温度上煅烧10h, 得到直径在50~150n m 范围内的氧化镁纳米纤维, 其形态和
究
静电纺丝得到的纤维之所以细, 是因为射流在静电场的拉伸中存在不稳定过程, 从这个角度讲不稳定是有利的, 但射流的不稳定又带来静电纺丝工艺的难可控性。研究静电纺丝射流特别是不稳定部分, 对更好地理解静电纺丝原理和改进静电纺丝工艺有着极为重要的意义。3. 1 射流的稳定部分
Sp ivak Q in
[12]
结晶相受到煅烧温度的极大影响。煅烧以后, 聚乙烯醇大分子和醋酸根离子被移除, 纤维变细。煅烧温度足够高, 可得到纯氧化镁纳米纤维。Zhang
[17]
静电纺丝制得凝胶纳米纤维, 并用饱和的戊二醛在室温下使其产生交联来获得拒水及一些热机械性能, 以满足生物上应用的要求。4. 2 静电纺丝和炭化
研究了射流半径和轴向位置之间的
关系, 并建立了射流半径和轴向位置的微分方程。
[13~14]
静电纺丝法制得聚丙烯腈纳米纤维并预氧化和炭化得到碳纳米纤维。2003年美国Pennsylva 2nia 大学Santiago 2Aviles 提出静电纺丝法制备碳纳
分析了纺丝液中加盐对表面电荷及
射流的稳定性的影响, 盐的浓度大, 纺丝液射流的稳定长度变短, 不稳定性增强, 并研究了盐的加入对射流半径和轴向位置的影响。米纤维的技术, 他们将聚丙烯腈和N, N 2二甲基甲酰胺(DMF ) 溶液混合后纺出的前驱聚丙烯腈单体
纤维在真空炉中高温(1273K ) 分解30m in, 得到直径在120n m 左右高度无序的碳纤维。炭化的不足之处是所得的纳米纤维在预氧化和炭化的过程中难以均匀施加张力; 静电纺纳米纤维取向低, 强力低, 导致炭化后碳纤维的取向和强力也较低。4. 3 静电纺丝和后整理
Wong
16
[18]
维的纳米材料尺寸小于可见光波长时, 材料会是透明的。由于静电纺丝超细纤维具有高比表面积, 还可用于提高层压复合材料的层间剪切强度。5. 4 传感器
纳米纤维膜具有高的比表面积, 因此用纳米纤维膜做传感器感知膜, 可以提高灵敏度。Pedici 2
[22]
ni 用聚碳酸酯混入炭黑纺制的静电纺纳米纤维膜做温度传感器, [23]
用静电纺丝制得聚乙烯醇纳米纤维
+
膜并在室温下用金属箔在每平方厘米膜植上带1. 2×10个电荷的N 。整理后聚乙烯醇纳米纤
将静电纺聚丙烯酸
维上形成了N —C ψO 和C —N 整理后纳米纤维直径降低30%到产生交联, 得纤维内部聚乙烯醇分子结构重组。Ma
[19]
。
静电纺丝稀溶液(生成较多的串珠) 制得二元协同界面的纳米纤维膜具有超拒水性能。Zhu
[24]
由静电
以静电纺丝制得聚苯胺/聚苯乙烯复合纳米纤维膜, 具有超拒水性能、良好的导电性能、耐酸耐碱性。
5. 6 新型纤维
纺丝制得聚砜纳米纤维膜并通过铈诱发在膜上接枝甲基丙烯酸, 其目的是纳米纤维表面上接—COOH 、—NH 2这样的活性基团, 再用活性基团“绑定”如蛋白质这样的功能基团。Yang
将静电
纺聚乙烯醇纳米纤维收集在铟锡氧化物(I T O ) 基布上, 在真空中100℃处理24h 以后聚乙烯醇大分子产生交联使其不易水解且和I T O 基布紧密地结合在一起。Yang 还用静电在纳米纤维膜上涂上一层带相反电荷的物质, 使其能够对光变色。
[20]
用静电纺丝技术开发新型纤维, 其工艺简单、成本低廉, 且前途非常广阔。Pan 由静电纺丝所
[16]
获二氧化锡纳米纤维可防远紫外光辐射。Shao 通过静电纺丝制得氧化镁纳米纤维可制作纳米电子、光电子、传感器等的功能元件。5. 7 服装
[25]
利用纳米纤维的低密度、高孔隙度和大的比表面积可做成多功能防辐射防护服。
5 静电纺纳米纤维膜的应用
5. 1 生物医用材料
6 学科领域研究展望
(1) 静电纺丝影响因素, 特别是静电纺丝不稳
静电纺纳米纤维膜用作组织工程支架; 作组织修复(如血管修复) 材料; 作三维的细胞培养膜; 作药物控释包裹膜。静电纺纳米纤维膜用作隔离膜能防止机体组织在愈合过程中相互粘连; 还可用作创伤包敷材料。5. 2 过滤材料
定性也即静电纺丝纤维能细到纳米级的原因有待深入研究, 以更好地控制纺得纳米纤维的质量。
(2) 开发产量高的静电纺丝机, 将静电纺纳米纤维从实验室推向市场, 以求成果的产业化。
(3) 从单体聚合开始做起, 加入功能型基团或颗粒, 开发新型静电纺纳米纤维。
(4) 纳米纤维(膜) 结构、性能等的表征还没有固定或准确的方法和工具, 有待开发。如纳米纤维(膜) 的内部结构、力学性能等的表征方法。
参
考
文献
静电纺纳米纤维膜可制作吸附材料和过滤材料。Yoon
[21]
用聚酯非织造布接收聚丙烯腈纳米纤
维膜, 再用化学的方法在膜上涂上一层亲水、抗水解、水可以渗透的壳聚糖薄膜, 解决了纳米纤维膜微孔在过滤时容易淤堵的问题。5. 3 复合增强材料
用纳米纤维作增强材料可能具有较常规纤维增强复合材料更好的力学性能, 且当复合材料中纤
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(下转第14页)
Research and devel opment of s punlaced non wovens with
high abs orbent and por o meric co mpound web
Han X u (Shaoxing Hezhong Fiber Co . , L td )
W ang X iangqin, J in X iangyu (Donghua University )
Abstract:Super abs orbent and por omeric compounded web non 2entangle ment s pecially polyesters and high abs orbent and super . on the materials, tech 2nics, features and use of Keywords:high o web, s punlaced non wovens, hydr o 2entangle ment polyes 2
ter fiber, abs and super white viscose fiber
(上接第6页)
50%以上; 2005年中国涤纶工业长丝产量达26. 5万t, 其中出口近3万t, 2006年涤纶工业长丝
应用领域的需求增加, 差别化涤纶工业长丝产品的市场份额将会不断提高, 加之国家政策的鼓励与扶持, 涤纶工业长丝产品向差别化、功能型方向发展的趋势不可逆转。另一方面, 中国涤纶长丝生产企业进军欧美市场的步伐将进一步加快。国内制造企业新上的涤纶工业丝生产设备更加先进, 技术含量和产品质量都有提高, 而且劳动力成本优势明显。
(未完待续)
产量达30. 6万t, 其中出口接近8万t, 但高端特种产品仍靠进口解决。
对于中国涤纶工业丝行业的未来发展, 业内权威人士预测:一方面, 产品开发明显加快, 差别化、功能化产品的市场份额将不断提高。未来五年, 随着涤纶工业丝后道加工企业的发展壮大, 以及下游
(上接第10页)
Pr ocess in research of electr os pinning technique
Yang Enlong, W ang S hanyuan, L i N i and Zhao Congtao
(College of Textile, Donghua University )
Abstract:Electr os p inning is the only way t o p r oduce poly mer nanofibers directly and continuously at p resent . The technol ogy and hist orical devel opment of electr os p inning were su mmarized in this paper . The jet ′s sta 2bility and instability states of electr os p inning were discussed . The electr os p inning machines, ne w de 2vel opment of electr os p inning and the app licati ons of nanofiber me mbranes were intr oduced . The re 2search directi on of electr os p inning was indicated .
Keywords:electr os p inning, nanofibers, p r ogress
范文二:高效无针静电纺丝研究进展
龙源期刊网 http://www.qikan.com.cn
高效无针静电纺丝研究进展
作者:王飞龙 邵珠帅
来源:《纺织导报》 2014年第 01期
摘要:静电纺丝纳米纤维具有优越性能,在众多领域均有应用价值。由于传统针式静电纺 丝效率较低,电纺纳米纤维并未在实际中得到应用。无针静电纺丝作为一种新型电纺方式,具 有较高的纳米纤维生产效率。本文主要介绍近年来无针静电纺丝技术的研究进展。
关键词:无针静电纺丝;纳米纤维;产业化
中图分类号:TQ 340.64 文献标志码:A
Recent Development of Efficient Needleless Electrospinning Technology
Abstract: Electrospinning is a well-known method to produce nanofiber which has some special characteristics and wide applications. However, due to the low production efficiency, conventional electrospinning process which uses needle to generate nanofiber encounters difficulties in practical applications. Needleless electrospinning technology is regarded as a new spinning mode and has shown potentials in industrialization of nanofibers. This paper mainly introduced some recent developments of this technology.
Keywords: needleless electrospinning; nanofiber; industrialization
尽管拥有众多优点,静电纺丝技术近年来并未得到广泛应用,传统针式静电纺丝的产量较 低是主要原因之一。增加针头个数可以提高静电纺丝产量,然而喷丝头尺寸会随之增大,造成 设备的体积庞大。另外,为解决针头堵塞和溶液回收问题需引入相关设施,会造成设备的结构 复杂。近年来,无针静电纺丝的出现为其实现产业化提供了新的思路。由于喷射流在溶液表面 自发形成,无需毛细作用力影响,无针静电纺丝的产量得到极大提高。
早在 1979年, Simm 便提出无针静电纺丝并以金属环取代针头实现静电纺丝,然后以此方 法制备纤维膜,但该技术在当时并未引起重视。 2004年,捷克利贝雷茨技术大学与 Elmarco 公 司合作开发了静电纺丝技术 —— Nanospider(“ 纳米蜘蛛 ” ),无针静电纺丝再次进入人们视野 并在此后得到快速发展。
无针静电纺丝是利用高压电场在自由液体表面直接形成喷射流的纺丝方法。虽然和传统针 式静电纺丝存在明显区别,但仍属于静电纺丝范畴。在无针静电纺丝中,喷丝头对于泰勒锥形 成、纺丝过程、纤维形貌以及生产效率具有重要影响。根据喷丝头工作机理的不同,本文将无 针静电纺丝分为静态和动态两类分别进行介绍。
1 动态无针喷丝头
范文三:静电纺丝原理研究进展
#38#高 分 子 通 报2009年6月
静电纺丝原理研究进展
薛 聪,胡影影,黄争鸣*
(同济大学航空航天与力学学院,上海 200092)
摘要:纳米纤维具有直径小、比表面积大以及易于实现表面功能化的优点,受到广泛的关注。在众多制备
纳米纤维的方法中,静电纺丝是一种高效的技术,其中同轴共纺技术由于能制备芯2壳(core2shell)结构的纳米纤
维,也越来越引起人们的关注。本文介绍了基于电流体动力学的静电纺丝原理,讨论了静电纺丝相关原理研究
进展,包括Taylor锥与喷射,纳米纤维的弯曲非稳定性,高聚物溶液P熔融体流动非稳定性,两相流流型及其转
换,高聚物两相流流型及其转换,非牛顿流体流动非稳定性以及两种非牛顿流体分层流动等,最后指出了尚待
解决的一些问题。
关键词:静电纺丝;流体动力学;非牛顿流体;两相流
引言
静电纺丝技术在1934年首先由Formhals提出,随后的相当长一段时间又有多项专利出现。到了20世纪80年代,才有人开始对该技术进行大量的实验和理论研究。近年来,随着纳米材料研究的兴起,人们发现,由电纺制得的纤维的直径可以达到纳米级,使得这种技术重新受到重视并出现了大量的文献。目前,主要是从事化工和高分子领域的科学家在研究静电纺丝,但显而易见的是,电纺过程中涉及了大量的流体动力学方面的内容,因此也受到了力学界的关注。
早在上世纪60年代,电纺过程中有关流体动力学方面的研究就已经开始了。由于静电纺丝所使用的溶液或熔融体大多为非牛顿流体,因此随着流体力学研究的不断深入,特别是非牛顿流体相关研究的深入,推动了电纺理论的发展。近期,一种新的电纺方法)))同轴电纺及其紧密相关的同轴射流技术,
[4~8][9]引起了人们极大的关注,并被认为是静电纺丝技术最近的三大进展之一,因此对同轴电纺理论研
究同样引起了包括力学家在内广大学者的极大兴趣。相比于传统单纺,同轴共纺的流体动力学问题更多也更复杂,并且如何将现有的研究成果与同轴共纺结合起来,需要广大学者进一步的研究和探讨。本文重点介绍了电纺中流体动力学的研究成果及进展,以期对该方面的研究现状和未来发展趋势有一个较好的认识。
本文首先介绍静电纺丝原理,包括Taylor锥与喷射、纳米纤维的非稳定性、高聚物溶液或熔融体在毛细管中流动的非稳定性,然后介绍了同轴电纺和单纺之间的异同、微重力条件下两相流流型与转换、非牛顿流体两相流流型与转换以及两种非牛顿流体分层流动非稳定性相关研究,最后为小结。[3][2][1]
1 静电纺丝实验装置与基本原理
111 电纺过程
电纺装置包括:高压电源,溶液储存装置,喷射装置(如内径1mm的毛细管)和收集装置(如金属平板、铝箔等)。图1为本实验室所用的单纺装置。
高压静电场(一般在几千到几万伏)在毛细喷丝头和接地极间瞬时产生一个电位差,使毛细管内聚合物溶液或者熔融体(一般为非牛顿流体)克服自身的表面张力和粘弹性力,在喷丝头末断呈现半球状的液基金项目:国家自然科学基金(50773054、10402031);
作者简介:薛聪(1980-),男,硕士研究生,主要从事同轴静电纺丝制备透光复合材料的研究;
*:tongji.cn.
第6期高 分 子 通 报#39#
图1 静电纺丝装置示意图[10]
Figure1 Schematicofaelectrospinningsetup
滴。随着电场强度增加,液滴被拉成圆锥状即Taylor锥。当电场强度超过一临界值后,将克服液滴的表面张力形成射流(一般流速数mPs),在电场中进一步加速,直径减小,拉伸成一直线至一定距离后弯曲,进而循环或者循螺旋形路径行走,伴随溶剂挥发或熔融体冷却固化,终落在收集板上形成纤维,直径一般在几十纳米到几微米之间。
112 静电纺丝原理研究
[11~13,20]近些年来,有关静电纺丝原理的研究越来越引起学者们的关注,研究主要集中在两个方面:
(1)Taylor锥与喷射;(2)纳米纤维的弯曲非稳定性。而纺丝液在毛细管中的流体动力学问题,特别是非牛顿流体的管流在现有电纺文献中少有涉及。但是电纺所用的高聚物溶液或熔融体都是非牛顿流体,因此必定涉及到非牛顿流体的管流。非牛顿管流的一个重要特征是其非稳定性,因此非牛顿流体管流非稳定性应为电纺过程中有关流体动力学方面的研究方向之一。
11211 Taylor锥与喷射理论 在高压电场作用下,带电聚合物溶液或熔融体液滴会形成一个锥体。这是电场力与表面张力共同作用的结果。随着电场强度的增加,锥体上的电荷密度上升,继而锥体的角度变大。一般认为,当超过临界电压时平衡被打破,随即产生一个锥形,即Taylor锥。继续增加电场强度,达到另一临界值时,将克服液滴的表面张力形成射流。有关Taylor锥的研究主要围绕其临界锥形角度以及轮廓展开。早在1964年,Taylor通过大量流体力学与电流体动力学的相关计算以及实验研究,得出Taylor锥理论上临界锥角为49.3b。
[13]但是在2001年,Yarin等通过实验和计算,得到了不同的结果。他们通过计算发现Taylor锥的自相
似性(自相似性是指某种结构或过程的特征从不同的空间尺度或时间尺度来看都是相似的,Suvorov等[14][3]利用在电场作用下的带电金属液体流进行的实验也证实了Taylor锥的自相似性),并且得出Taylor锥形状服从双曲线。据此他们得出如下结论:(1)随着电场不断加强,液体表面达到临界状态,该临界状态轮廓仍为锥形,但锥角为33.5b而不是4913b;(2)对于牛顿流体来说,临界锥角与流体性质无关,因为表面张力的增大总是伴随着临界电场的变大。然而在弹性液体或者非松弛粘弹性液体的条件下,临界双曲面的锐度与弹力和表面张力有关系。图2为Yarin等拍到的照片(图中虚线为Taylor锥锥体形状,实线为文中推测的锥体形状;图中的白线为对称轴线。其中(a)图为向上喷射,(c)图为向下喷射。(b)(d)两图为(a)(c)两图的放大效果,(b)图中在A区域不能获得有用的数据,在B区域,显示锥角为3715b;C区域显示锥角为3015b。(d)图中,A区域显示的锥角为31b,B区域显示的锥角为26b)。但是,注意到在他们的研究中所用的所有液体都被认为是理想的离子导电体,所有的计算都是在这个假设下进行的,因此这个结论只适合于具有理想以及近似理想的离子导电体性质的溶液。
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图2 临界液滴形状[13]
Figure2 Thecriticaldropletshape
在Brenner和Hohman的协助下,Rutledge和Shin[15]观测了丙三醇在固定流速的条件下,处于不同电场强度中喷射轮廓的变化,如图3所示。他们根据前人得到的公式
rWz
(式中r为喷射半径,z为所测位置与喷嘴的距离,所用流体为牛顿流体)对比了实验观测的数据。图4为Rutledge和Shin的定量分析与实验观测的对比曲线,其中喷口直径01794mm,由上板伸出712mm。流速115mLPmin,电场强度=510kVPcm,实线为实验轮廓,虚线为理论轮廓。Shin等
电压或距离Taylor锥区域足够远的情况下,理论与实验吻合最好。[16]发现,在低流速和高
图3 丙三醇以015mLPmin的流速在不同电场强度下的喷射
从左至右:3167kVPcm,4133kVPcm,510kVPcm[15]
Figure3 Glyceroljetsat015mlPmin.Lefttoright:3167kVPcm,4133kVPcm,5
10kVPcm
图4 实验和理论丙三醇喷射轮廓的对比(图片已旋转90度)[15]
Figure4 Comparisonofexperimentalandtheoreticaljetprofilesforglycerol(Imagerotatedby90degrees)
一般情况下,静电纺丝的外加电场为直流电,但在2006年Maheshwari和Chang[17]研究了交流电条件下
第6期高 分 子 通 报#41#锥角差别非常大,如图5所示,交流电所产生的锥角(大约为9b)要比直流电产生的小很多。但是形成机
理尚有待进一步研究。
图5 直流电和交流电作用下Taylor锥的对比
(a)3kV直流电的情况,(b)100KHz、5kV交流电的情况[17]
Figure5 Comparisonof(a)dccone2jetmodeat3kVand(b)acconicalmodeat100kHzand5kV
11212 纳米纤维的弯曲非稳定性 纤维在运动的过程中的受力主要有电场力、表面张力、重力、纤维内部粘弹力等。实际上喷丝过程还有空气阻力、电荷互斥力等较弱的影响因素。随着喷丝的进行,溶剂挥发或熔融体的固化,其中部分因素不断发生变化,喷丝表现出非稳定性,它们会弯曲然后变成一系列环形,并且越接近接收板,环形的直径越大,喷丝越细。
在静电纺丝过程中,带电聚合物溶液喷射的弯曲非稳定性占有重要的位置。Shin等
[18][18]认为,在喷射[19]过程中,纤维在排斥力作用下会形成分裂和弯曲非稳定性,从而产生更细的纤维。Spivak等认为在文献中所提到的现象是由于横向非稳定性或射流的分裂引起的,他们还发现,这种现象在喷射发展到一定距离后才会出现。非稳定性使得接收单根纤维变的很困难,成为制约静电纺丝发展的一个重要因素。因此,非稳定性的理论与实验研究能提供很好的参考。
Shin等[16]在牛顿流体的条件下,建立了一个静电纺丝过程的数学模型。此模型简化了一组有关长细流喷射方面的静电流体动力学方程组,但仍保持流体的种种典型性质,如传导性、粘性、电荷密度等等。他们利用PEO溶液观测到喷射的非稳定性对比模型发现,这个数学模型是符合实际情况的。图6为他们利用PEO溶液观测到的喷射的非稳定性,其中:(a)带电PEO溶液喷射的非稳定区域(曝光时间1P250s),垂直距离为9cm;(b)带电PEO溶液喷射的非稳定区域,抖动射流(曝光时间18ns)和包膜(曝光时间1P250s)。抖动射流为黑色实线,圆周直径为15mm;(c)带电PEO溶液射流的非稳定区域以及在整个非稳定区域中射流的轨迹(曝光时间18ns),垂直距离20cm
。
图6 喷射的非稳定性[16]
Figure6 InsitabilityinanelectrifiedPEO2waterjet
Reneker等[20]利用聚合物溶液在20KV的电压下的喷射以及高速摄像机,得到了更精确的非稳定性
[21]状态发展过程的图片。随后,Yarin等
力,进一步研究文献[20]引入局部近似法来计算作用在带电聚合物喷射流上的弯曲静电中的弯曲非稳定性。然后用所得结果对分别由静电力驱动的弯曲非稳定性和气
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动驱动的非稳定性进行了深入分析。接着,他们利用数值方法得出非线形弯曲非稳定性过程中射流的喷射路径,计算与实验数据吻合较好。并且向下射流的速度也可计算得出,其量级与观测到的相同。他们的计算也考虑到了射流材料的拉伸,且理论结果也恰好解释了射流粘性随着溶剂蒸发而增加。需要注意的是,他们提供的有关聚合物溶液拉伸流变学行为的信息仍然比较少,且在静电纺丝过程中,有关聚合物溶液蒸发与固化的数据仍不易得到,因此,现在他们所用的大量的参数仅仅表征了估计的量级,或者由实验观测得出。Yarin等
Brenn等[22][21]认为,将来材料学的发展会突破这一困难,也许更多有关溶剂性质细节的描述(比如具有不同蒸发速度的酒精溶液)对这种研究会有较大帮助。研究了在非粘滞性气体环境下,非牛顿流体喷射的非稳定性。他们发现:(1)高密度的外
[23]部环境能够使非稳定性加强;(2)随着表面张力的增加,非牛顿流体喷射的非稳定性会有所减弱。最近,Eda等利用不同的高聚物溶液由毛细管喷射,发现溶液喷射的变化主要依赖于溶液的流变
学性质。他们认为,高聚物的分子量和浓度可能决定了拉伸流动、弯曲非稳定性和喷射的分叉。他们还发现,如果使溶液分子量不变而浓度增加,或者使分子量增加而Berry数(由[G]C表示,其中[G]是固有粘度,C是浓度)不变,可能会引起弯曲非稳定性。
11213 高聚物溶液P熔融体流动的非稳定性 静电纺丝所使用的材料大多为聚合物的溶液或者熔融体,它们都是非牛顿流体,即剪应力与应变率具有非线形的关系。高聚物的溶液或熔融体在毛细管中高速运动时,常常伴随非稳定性现象出现,对其探索将有助于同轴电纺流体动力学的研究。
高聚物溶液以及熔融体都是粘弹性液体的一种。在粘弹性液体流动中,纯弹性非稳定性是非常普遍的现象[24]。由于纯弹性非稳定性的存在,有关非牛顿流体的研究并没有牛顿流体那么深,因此有关非稳定性空间以及时间方面特征机理的研究引起了人们极大的兴趣和关注。在过去的十多年里,科学家们对非稳定性机理做了大量的工作,其中利用计算机模拟非稳定性是一项艰巨且具有挑战性的任务。一般说来,经常使用的方法有三种[25]:非线性稳定性分析,线性稳定性分析和不考虑干扰振幅所建立起来的完
[25]全稳定条件。对于粘弹性液体复杂流动的数值分析,目前比较成熟的是低阶有限元以及有限体积法,精度较高的高阶方法多用于牛顿流体的研究
研究成果仍旧是通过实验得出的。
一般说来,在Reynolds数接近于零的情况下,粘弹性流体的Poiseuille流是线稳定性的,但是对于大
[26]Weissenberg数来说,这种稳定性很容易被破坏,Meulenbroek等通过实验和理论研究发现,粘弹性高聚物
流体的Poiseuille流由于正应力作用,会产生一种非线性非稳定性。他们还发现,这种非线性流的非稳定性仅仅与Weissenberg数有关,而且在相同Weissenberg数的范围内,这种现象在大部分的粘弹性模型中都会出现。
Bogaerds等[24]。迄今为止,有关非牛顿流体流动的非稳定性最为成功的利用两种不同的数值方法(一维广义特征值分析和二维有限元分析),研究了在2001年提出的XXP(extendedPom2Pom)模型(该模型应用于模拟高聚物熔融体剪切流的稳定性),发现虽然这两种数值方法原理上是不一样的,但是得到的最大流动增加速度基本相同。
Chen和Joseph[27]认为,高聚物管流在管壁附近所产生的高压,使得流体分子有向内移动的趋势,从而
[28]出现一个衰竭壁(depletedwall)区域。他们发现,流体与此区域之间的分界面可能服从于一种分界面的短波非稳定性。Wilson等发现,一种弹性液体流动时会发生分层现象,在不考虑惯性的条件下,低粘度的
[27]外层要比内层稳定。他们还认为,由于分子迁移出现的分界并没有那么明显,因此文献
弹性非稳定可能并不会出现。中所谈到的纯
2 同轴静电纺丝(coaxialelectrospinning)流体动力学
211 纺丝原理
同轴静电纺丝装置和传统单纺稍有差异。图7为本实验室所使用的实验装置。从图7可以看出,与传统单纺有差别的地方在溶液储存装置和喷射装置上:传统电纺的溶液储存装置只储存一种高聚物溶液,
第6期高 分 子 通 报#43#射装置由两根内径不同的毛细管组成,
两根毛细管之间留有一定的间隙。
图7 同轴电纺装置示意图[29]
Figure7 Schematicofacoaxialelectrospinningsetup
同轴电纺原理与单纺相同,但同轴静电纺丝涉及的学科相较于单纺更多,因而各种参数、未知量也更复杂。同轴静电纺丝中相关原理的研究除了上面介绍的Taylor锥和喷射的非稳定性,高聚物溶液P熔融体流动非稳定性之外,还涉及到两相流流型以及流型间的相互转换,以及两相非牛顿流体管流分层流动。212 微重力下两相流流型与流型转换
流型是两相流中最重要的参数,通过它以及各种流型的相互转换可以对两相流做相对精确的量化研究。由于两相流中介质间的密度一般相差比较大,在常重力条件下,重力对两相流的影响特别是流型的影响非常大,往往造成流型非常复杂。所以对流型的研究,往往将其置于微重力或者低重力(microgravityorzero2gravity)的条件下。但是微重力条件是一种特殊情况,一些微重力实验是在抛物线下降的飞行器或
[30]空间站中实现的。很明显,做抛物线下降的飞行器维持微重力条件时间短而且非常危险,而在空间站
中做实验又极其昂贵,因此大部分流型实验都是在地面模拟微重力条件
理是根据表征重力和表面张力间相对强弱的无量纲参数Bond数得到的:
2Bo=(QQL-G)aDPR
式中,Q、R、D和a分别表示密度、表面张力、管道内径和重力加速度,下标L和G分别表示液相和气相。由Bond表达式可以看出,如果管径减小10倍,Bond数即减小100倍,相当于重力水平降低100倍。因此地面上模拟微重力条件多采用毛细管,同时在毛细管中研究两相流流型与流型转换也促进了同轴电纺的理论研究发展。
21211 微重力条件下两相流流型 毛细管中(或微重力下)的两相流流型一般可以分为三类:泡状(bubbly)、弹状(slug)以及环状(annular)流,如图8所示。有些研究者还定义了其它一些流型,如Zhao和
[33]Rezkallah的泡沫状弹2环状流(frothyslug2annularflow),以及Zhao等的分散泡状流(Dispersedbubble
flow)[30][31~34]。在地面模拟微重力的原。其中泡沫状弹2环状流主要出现在弹状流与环状流的交界处,一般视为两个流型之间的过渡,或
[35]者根据其主要特征直接归入某一流型中。而分散泡状流表现为大量的小气泡的出现,一般出现于微
[30]重力条件下表观Reynolds数大于4000且直径小于1mm的管中。
Sun等[36]在前人研究的基础上,得到了一个更为有效而且简单的近似方法来研究幂律流体管流中出现大量气泡。在低流速的情况下,他们利用自由面单元模型(freesurfacecellmodel)获得了曳力系数(dragcoefficients)和气泡上升速度(risingvelocity)。结果表明,当幂指数n为015时,能得到较为准确的曳力系数和气泡上升速度。
Xu等分别通过实验和理论研究了倾斜管内的气P非牛顿流体两相流。他们修正了应用于水平流动的Heywood2Charles模型(此模型中的非牛顿流体为幂律流体,且气与流体为分层流动),以描述倾斜管,[37]
#44#高 分 子 通 报2009年6月
对于气2非牛顿流体两相流的空隙率有很大的影响,但在水平或接近水平流动时候,流体的非牛顿特性对气P
非牛顿流体两相流流型影响不大。
图8 微重力下的气液两相流流型[32]
Figure8 SketchofmicrogravitygasPliquidtwo2phaseflowregimes
21212 微重力条件下两相流流型转换 在一些工业设计中(例如油气管线,核反应堆的冷却系统等)需要研究两相流的流型转换,同轴电纺中也产生流型转换。关于微重力条件下两相流流型模型的研究非常多,本节主要介绍Weber数模型以及一些最近的研究成果。
Weber数模型是一种作用力平衡分析的模型,即对两相流系统中各种作用力进行评估,假设流型转换是发生在作用力之间的平衡遭到破坏,从而建立起流型转换的判据。用于在所得流型转换判据中,Weber
[33]数有着很重要的作用,因此称之为Weber数模型。Zhao和Rezkallah根据重要参数Weber数表达式:
We==Rsurface tension force
提出气液两相流可分为三个主要的区域:惯性区域(inertiadominatedregion)、中间区域(intermediateregion)和表面张力区域(surfacetensionregion)。图(9)为Zhao和Rezkallah所得到的结果。由图(9)可以看到,在惯性区域内主要出现的为环状流,中间区域为泡沫弹状环形流,表面张力区域为气泡与环状流。
[35][34]Rezkallah认为,这几种流型的转换还与气相表观Weber数(WeSG)有关。Rezkallah和Zhao认为当WeSG
接近于1时,出现从气泡2弹状流到泡沫弹状2环形流的转换,环状流出现在WeSG接近于20时,而在由泡状流向弹状流的转换发生时有表达式:VSL=CVSG。其中VS为表观流动速度,L和G分别表示液相和气相,常数C的范围是[112,416]
。2图9 微重力条件下基于表观Weber数的两相流型图[33]
Figure9 Microgravitytwo2phaseflowpatternsmapbasedonthesuperficialWebernumbers
然而,经验Weber数模型可能过高估计了在环状流与弹2环状流边界上的气相表观速度[30],而广泛应,
第6期高 分 子 通 报
[32]#45#选择值[32]。Lowe和Rezkallah利用空隙率概率密度函数(简称空隙率PDF)得出了一组临界值来界定流
动区域和流型之间的转换,并以此对比了包括Weber数模型在内的三种流型转换模型,由试验数据他们发现,Weber数模型在预测弹2转换流和转换2环形流的边界情况是最准确的(转换流见图8)。
[38]Trafalis等应用一种新的模型,即MSVM(MulticlassificationSupportVectorMachine)模型,来描述流型
的转换。根据大量的实验数据他们发现,特别是在垂直或水平流动中MSVM模型的精确度超出了很多理论模型的精确度。但是如何有效的选择系数仍然是MSVM模型需要进一步研究的。
可用于电纺的高聚物溶液P熔融体大多为幂律流体中的剪切稀化(shearthinning)流体,本实验室
[40]的Hu和Huang利用FLUENT610模拟了同轴静电纺丝过程中,在有限长度同轴毛细喷管里(见图10),
两种互不相溶的剪切稀化流体,处于不同相对电场强度EPE0(E0=1@10VPm)下出现的流动现象,如图11所示:(a)离散珠状:EPE0=01001;(b)出口收缩的连续液体:EPE0=0101;(c)无出口收缩的连续液体:EPE0=50。这些分布形式对应于气2液两相流研究中流型的划分,可分为(a)弹状流、(b)弹2环状流和(c)环状流。由气2液两相流流型研究讨论可知中,用Weber数区分流型的理论被认为是一种较为有效的模
[31,32][40]型,特别是判断从弹状流到环状流的转换。以此,Hu和Huang根据Weber数表达式定义了芯流体Weber数Wecore:
Wecore=QcoreVcore2exd0PR
式中Vcore2ex为X=X0处芯流体的平均速度。研究发现对于同轴静电纺丝中的芯2壳流动,牛顿流体弹2环过渡流发生在315<><><><>
。5[15,39]
图10 同轴喷管示意图(尺寸非按比例)[40]
Figure10 Sheararrangementofanesting
tubesystem(notto
scale)图11 剪切稀化液2液两相流流型[40]Figure11 Shearshinningliquid2liquid
twophaseflowpatterns
由于高聚物液体的非牛顿特性,有关非牛顿流体两相流的研究,特别是有关同轴静电纺丝中的研究
[41]并不像牛顿流体那样深入,这都需要广大学者进一步探索。
213 两种高聚物溶液P熔融体的分层流动
一般说来,高聚物溶液P熔融体分层流动非稳定性一般都出现在非常低的Reynolds数情况下。影响稳定性的因素为两种高聚物的粘度比、弹性比以及层厚比(或者流速比)
李洪波等[43][42]。利用旋转坐标法,针对圆管中两相分层湍流流动的水力特性。他们将圆管流的研究转化为平板流,籍此建立了新的牛顿2幂律流体圆管分层紊流流动模型。他们将圆管分层流模型分为层流区和单相流区,从理论和实验上确定了圆管分层流的速度分布规律。
[44]Valette等研究了聚乙烯P聚苯乙烯系统的界面非稳定性。他们发现,随着聚苯乙烯层厚度的减少,
分界面会变的不稳定,并且利用线性稳定性分析他们得到了一组参数,以此获得稳定面的状况。
Balmforth等[45]研究了幂律流体沿斜面流动时出现的界面非稳定性。他们在零Reynolds数的极限条件下使用润滑理论,建立起了两个动力学简化模型,其中一个模型适用于具有相对有效粘度的分层流动,
#46#高 分 子 通 报2009年6月
线性动力学问题;而在第二个模型中,他们已经证实,当流体为牛顿流体时,非稳定性是能够持续的,但对于非牛顿流体来说,仍有许多问题有待继续研究。
Miller和Rallison[46]研究了在大Weissenberg数且忽略惯性的情况下,两种粘弹性流体平行剪切流动的界面非稳定性问题。他们应用一种新的分类方式来研究这一课题,在观察快速流动非稳定性时发现了两种奇特的现象:一是非稳定性的增加完全依赖于界面的边界层,二是这种非稳定性是由于大表面张力的作用导致渐进的增加。他们还发现,在界面处正应力平衡使得界面非稳定性出现,这与广泛接受的理论有相当大的冲突。
3 小结
通过以上介绍可以发现,虽然静电纺丝原理的研究受到了较为广泛的关注,但是仍存在许多尚未涉及的问题,例如,非牛顿流体流动与Taylor锥的形成,同轴共纺和传统单纺中Taylor锥的异同,在交流电场下,Taylor锥的形成原理,以及如何利用流体动力学的研究成果对纺丝工艺进行优化,都需要广大的学者更深入的研究和探讨。
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RecentDevelopmentinStudyonMechanismofElectrospinning
XUECong,HUYing2ying,HUANGZheng2ming
(SchoolofAerospaceEngineering&AppliedMechanicsTongjiUniversity,Shanghai200092,China)
Abstract:Duetotinydiameter,bigspecificsurfacearea,andabilitytoachievesurfacefunctionalizationeasily,nanofibersareattractinggreatattentionsworldwidely.Electropinningisaneffectivemethodtoproducecontinuousnanofibers,whereasmoreadvancedcoxial2electrospinningtechniquecanbeusedtofabricatecore2shellcompositenanofibers.Inthisreviewarticle,thefundamentalissueswithelectrospinningbasedonelectrohydrodynamicsareaddressed.Specialattentionispaidtorecentstudiesonmechanismofcoaxialelectrospinning.DisucssionsaremadeonTaylorcone,two2phaseflowpatterns,flowinstabilities,non2Newtonianpropertiesofpolymerliquids,andstratifiednon2Newtonianfluidflows.Severaluntouchedmattersarementionedaswell.
Keywords:Electrospinning;Hydrokinetics;Non2Newtonianfluid;Two2phaseflow
范文四:静电纺丝技术制备无机物纳米纤维的最新研究进展
第 35卷 第 7期 稀有金属材料与工程 V ol.35, No.7 2006年 7月 RARE METAL MATERIALS AND ENGINEERING July 2006
收到初稿日期 2005-05-08
收到修改稿日期 2006-04-05
基金项目 吉林省科技厅科研计划项目资助
20040125
作者简介
崔启征 男 1980年生 硕士研究生
长春理工大学材料与化工学院
吉林 长春
130022电话 0431-5360311
静电纺丝技术制备无机物纳米纤维的最新研究进展
崔启征
董相廷
于伟利
王进贤
王慧茹
杨晓峰 于晓辉
(
长春理工大学 吉林 长春 130022)
摘
要
静电纺丝技术近年来在制备纳米纤维领域得到了广泛的应用
被认为是最简单有效的方法之一
已经用这种
方法成功地制备了不同的纳米纤维
本文对静电纺丝法做了较全面的总结
对机理和改进方法进行了介绍
对影响因
素做了细致的分析
还对无机纳米纤维的应用做了简单的展望
关键词
静电纺丝
纳米纤维
无机纳米纤维
中图法分类号 TQ 343
文献标识码 A
文章编号 1002-185X(2006)07-1167-05
纳米纤维是指在材料的三维空间尺度上有两维处
于纳米尺度的线
管
状材料 通常是直径或管径或
厚度为纳米尺度而长度较大
它主要包括纳米丝
纳
米线
纳米棒
纳米管
纳米带
纳米电缆
由于纳
米纤维的直径减小到纳米量级 它们就显示出一系列
奇异的性质
纳米纤维最大的特点就是比表面积大 ,
导致其表面能和活性的增大 ,
从而产生了小尺寸效应
表面或界面效应
量子尺寸效应 宏观量子隧道效应 等 ,
在化学
物理
热
光
电磁等
性质方面表现出
特异性 由于这些独特的性质以及在很多领域中的应
用 一维纳米结构材料的研究已经成为前沿研究领域
之一
目前
有很多合成制备纳米纤维的方法
例如
抽丝法 [1]模板合成法 [2,3]分相法 [4]自组装法 [5,6]
等
抽丝法的缺点是对溶液粘度要求太苛刻 模板合成法
的缺点是不能制备根根分离的连续纤维
分相法与自
组装法生产率都比较低 此外 还有电弧蒸发法 [7]激 光高温烧灼法 [8]化合物热解法 [9]这 3种方法实际上 都是在高温下使化合物 或单质 蒸发后 经热解 或
直接冷凝
制得纳米管
从本质上来说
都应属于化
合物蒸汽沉积技术
由于对高温的需求
所以工艺条
件难以控制
同上述各种方法相比 静电纺丝技术可以说是能
够制备长尺寸的
直径分布均匀的
成分多样化的
既可以是实心 也可以是空心的纳米纤维的最简单的
方法
虽然早在 1934年 A.Fomhals [10~12]就已经在专利中 报道了高压静电场纺丝 然而直到 1993年 这一技术
才被定义为静电纺丝技术
当时利用这种方法制备纤
维的报道也不多 直到近 10年来 由于纳米科技研究
的迅速升温
才使高压静电场纺丝这种可制备纳米尺
寸纤维的纺丝技术激起了人们对其进行深入研究的浓 厚兴趣 与之相关的报道也逐年增多 (如图 1所示 )
[13]Akron 大学的 Reneker 科研小组对这一方法进行了深 入的研究并作出了巨大的贡献
[14]
图 1 1994年静电纺丝技术出现以来每年发表的
相关的报道的比较
Fig.1 Annual number of scientific publications since the term
of “electrospinning” was introduced in 1994
静电纺丝技术对溶液粘度的要求非常严格 所以
过去仅被限制于用有机高聚物来制备纳米纤维
最近 人们发现溶胶 -凝胶法配制成的溶液作为前驱体也能
很好地满足静电纺丝所要求的粘度 因而对无机物进
行电纺丝也就成了可能
[14]这一观点已经得到了证
实
例如
Larsen 等已经成功地对有一定粘度的无机
凝胶直接进行静电纺丝 制得 TiO2/SiO2及 Al 2O 3纳米 纤维 [15]Santigano Aciles等人制备了 PbZr x Ti 1-x O 3(PZT)纳米纤维 [16]Dan Li和 Younan Xia
成功地制得直径均
Year/a
N u m b e r 万方数据
1168 稀有金属材料与工程 第 35卷
匀的 TiO 2纳米纤维 [17]Changlu Shao等人制备了一系 列无机氧化物纳米纤维 包括 ZrO 2纳米纤维 [18]NiO
纳米纤维
[19]Co 3O 4纳米纤维
[20]Mn 2O 3与 Mn 3O 4纳 米纤维
[21]
CuO 纳米纤维 [22]
等
此外
SiO
2
Al 2O
3
V 2O 5ZnO Nb 2O 5MoO 3MgTiO 3等无机物也分别 被纺丝成纳米纤维
[14,23]
本文主要综述了以下 3方面内容 1静电纺丝技 术制备无机纳米纤维的步骤 2静电纺丝技术的机理 以及工艺参数对其纤维质量的影响 3无机纳米纤维
的应用
1
静电纺丝技术的工艺流程
机理 改
进以及影响因素
1. 1 静电纺丝技术的工艺流程
图 2
为静电纺丝技术的设备简图 它主要包括 3
部分
高压装置
喷丝装置和收集装置
其中
高压
装置可以提供 1 kV~30 kV的直流电 喷丝装置为一个
注射管
用来盛放前驱溶液
它连有一个金属针制成
的喷丝嘴 前驱溶液就是由这里喷出从而形成纳米纤
维
收集装置一般为接地的金属板
它们的形式多种
多样
因而收集到的纤维的排列形式也就各有不同
这一点以后加以介绍
在电纺丝过程中
高压装置的
一个电极插入注射管中的溶液中
另一电极与收集装 置相连
一般接地
在高压 20 kV~30 kV的作用
下
盛于注射管中的溶液就会带电
喷丝嘴处的溶液
呈小悬滴
其表面分布着诱导电荷
它受到两种电场
力的作用
表面电荷之间的同种电荷排斥力和外部电
场所施加的库仑引力
由于液体粘滞力的存在 小液 滴将停留在喷丝嘴上
[24]
随着电场强度的增加
在各
种力的作用下
小液滴变形成为圆锥形 称为 Taylor
圆锥 [25]进一步增加电场强度
当达到某一临界值时
电场力就会克服表面张力的束缚 从喷丝嘴中喷出带
电的液体喷丝
这些喷丝经过一个不稳定的拉伸过程
就会成为又细又长的纤维 随着液体喷丝的不断拉长
图 2 静电纺丝技术基本装置图
Fig.2 Schematic diagram to fabricate nanofibers
by electrospinning
与溶剂的不断挥发
喷丝不断地固化 它们的直径就
相应的从几百微米迅速地减小到几十纳米 最终得到
的就是带电的纳米纤维 直到上述的纳米纤维被收集
装置收集到
纺丝过程才算结束
1.2 静电纺丝技术的机理
静电纺丝技术的工艺过程非常简单 但它的工作
机理却非常复杂
1999年以前
普遍认为在纺丝过程
中 由于同种电荷之间的相互排斥
导致液体丝分裂 从而形成极细的纤维
[26]
直到最近 有研究人员提出 喷丝的变细归因于喷丝的不稳定弯曲 [27,28]图 3a 是一
张喷丝过程的照片
[28]
可以看出 喷丝开始的时候是
直的
后来变得不稳定
即弯曲了
还可以看到
不
稳定区域是由很多条弯曲的喷丝共同组成的
然而
用相素更高的照相机对喷丝过程进行拍照 (图 3b) 就会
发现原来不稳定区域仅仅包含一条剧烈弯曲的喷丝
有时候
喷丝过程也存在着分裂现象
但不是主导过
程
由于喷丝过程太快
弯曲频率太大
因而一般的
照相机不能照出真实的照片 所以就会给人以
分叉
的假象
图 3 用不同相素的照相机对不稳定区域进行拍照的照片
(相素分别为 (a) 1/250 s和 (b)18 ns)
Fig.3 Photographs illustrating the instabe region of a liquid jet.
The capture time was (a) 1/250 s and (b) 18 ns respectively
不同科研小组建立了不同的数学模型来研究静电
纺丝过程
这为更好地研究静电纺丝提供了可能
Reneker 实验组把液体喷丝看成是多个哑铃并列粘在 一起所形成的系统
[27,28]
他们用 Maxwell 线性方程组
计算了喷丝的三维运动轨迹
其结果与实验结果一致 Rutledge
实验小组把喷丝看成是又细又长的物体 并 建立不同的数学模型来解释静电纺丝现象
[28]他们提
出纺丝过程仅仅是抽丝过程
而不包括分裂过程
喷
丝的不稳定弯曲是由于外部电场和喷丝上的表面电荷
共同作用而引起的
喷丝在不稳定区域的加速拉伸导
致形成了直径很小的纤维
上述研究可以帮助我们更好地了解静电纺丝技术
Solution Syringe
High voltage Collector
V
Liquid jet
2cm
万方数据
第 7期 崔启征等 静电纺丝技术制备无机物纳米纤维的最新研究进展
1169
的机理 更重要的是可以帮助研究人员设计出更有效
的方法来制备出质量更好的纳米纤维
1.3 静电纺丝技术的改进
静电纺丝技术简单有效
因而得到了广泛的应用
然而
它也有自己的一些缺点
如生产效率低
收集
到的纤维杂乱无序因而不适合使用等 这些缺点限制
了它的使用
所以有必要进行改进
目前的改进方法
很多
总的来说是分别对喷丝嘴和收集装置的改进
下面分别加以介绍
1.3.1 对喷丝嘴的改进
a) 使用复合式针尖
为了得到细一点的纤维 必须放慢溶液的供给速
度 一般小于 1
ml/h
这样会降低纳米纤维的生产
率
使用复合式针尖就能很好地解决这一问题
Chu
实验室人员就采用了这种方法
[14,29]
此时
相邻的针
尖之间会产生电场干涉
所以必须对针尖的排列方式
进行合理的设计
以确保每个针尖处的电场强度相同
这样才能得到均匀的纳米纤维 这种方法可以提高静
电纺丝的生产率
因而加快了其工业化进程
b) 使用同轴喷嘴
用同轴毛细管来替代普通的喷丝嘴可以生产核 /
套结构的纳米纤维
但对溶液有了一些要求
首先
外层
套层
溶液与内层
核层
溶液不互溶
因为
只有不互溶才能形成连续均一的界面
其次
对两种
溶液的粘度也有一定的要求 当内层溶液的粘度减小
到某一值时 就不能在外层溶液的包裹下将之拉成连
续的纤维
Yarin, Greiner做了这方面试验
[14]
用同轴毛细管还可以直接制备空心的纳米纤维 如图 4a 所示 为 Dan Li和 Younan Xia在制备核 /套结 构和空心结构纤维时所用的同轴喷嘴示意图
[30]
用两
种有一定粘度的但不互溶的液体
如内层溶液为原油 外层溶液为 PVP 和 Ti(OiPr)4的乙酸溶液 它们同时从 喷嘴喷出 这样就得到了核 /套结构的纤维 再对制得
的纤维进行后处理工艺
主要为了消除油相
就得
到了 TiO 2/PVP
复合材料的空心纳米纤维 如图 4b 所
示
图 4c 和 4d 为除去油相后经过高温煅烧得到的空
心纤维的电镜照片
1.3.2 对收集装置的改进
为了能够得到排列有序的纳米纤维 有必要对收集装
置进行改进
下面介绍几种典型的改进方法 a) 转鼓
图 5为 转 鼓 收 集 装 置 示 意
图 Virginia
Commonwealth 大学研究人员用这种方法收集了 PGA
纳米纤维 [31]
和胶原蛋白
collagen
[32]
纳米纤维
它
基本上达到了定向排列的目的
但排列情况并不理想
这是由于转鼓的线速度难以与喷丝的速度达到统一
若转鼓的线速度太慢
喷丝就会在鼓表面上以任意角
度沉积下来 如果转鼓的速度过快
就会把喷丝拉断
喷丝并不是以恒定的速度喷出的 所以要想控制好合
理的转速就十分困难
图 4 a) 静电纺丝技术直接制备空心纳米纤维的设备简图
b) 由 PVA 和 TiO 2制备的空心纳米纤维的 TEM 照片 c) 5000C 温度下煅烧后得到的纳米纤维的 TEM 照片 d) 得到的纳米管的 SEM 照片
Fig.4 a) Schematic illustration of the setup used for direct
fabrication of hollow nanofibers by electrospinning b) TEM image of the asspun hollow nanofibers c) TEM image of hollow nanofibers obtained by
calcining the composite nanotubes at 500
in air
d) SEM images of uniaxially aligned nanotubes[30]
图 5 静电纺丝技术收集简图
Fig.5 A schematic of rotational collector for electrospun
ultrafine fibers
b) 辅助电极 /电场
由于液体喷丝带电 因此可以通过设计不同的附
加电场作为收集装置来收集纤维
Xia 和 Li 设计了一
种简单的收集装置
如图 6所示
[14]
这对分开的电极
之间的电场是定向分布的 因而落入到其间的带电纤
维就会在电场力的作用下自动排列成相应的顺序
1.4 静电纺丝技术制备无机纳米纤维的影响因素
影响静电纺丝技术的因素很多
它们包括
溶液 性质 如粘度 弹性 导电性和表面张力
操作条件
包括电场强度
固化距离
溶液供给速度等
环境条
件
如温度
湿度
空气流速等
万方数据
1170 稀有金属材料与工程 第 35卷
图 6 a)
对电极收集设备简图
b)
纤维的受力情况
c) 纤维
的定位情况及 d) 靠近边缘部分的纤维的定向情况照片 Fig.6 a) Schematic illustration of the setup used for electros-
pinning nanofibers as uniaxially alignd arrays b) The electrostatic force analysis of a charged nanofiber spanning across the gap c) Dark-field optical micrograph of nonafibers collected across the void gap between two silicon strips d) SEM image of sample taken from the region close to the edge of a void gap[33]
1.4.1 纤维直径的影响因素
用静电纺丝技术制备无机纳米纤维主要包括 3个
步骤
1
配制无机 /有机
sol-gel
2
静电纺丝
3
后处理工艺
溶液粘度越大
制得的纤维直径越大
而溶液的 粘度决定于溶液中高分子的浓度 故在配制无机 /有机
sol-gel
时
必须控制各组分及溶剂的量
配制出静电
纺丝所需要的最佳粘度
另一个影响因素是电压
总的来说
电压越大
纤维直径越细
这是由于喷丝受到的电场力变大 但
当电压大到某一值以后
纤维的直径就会随着电压的
升高反而增大
这是由于电压越大
溶液的供给速度
就越快
同一时间内喷出的溶液就越多
因而纤维直
径就越大
若在溶液中适当加入一些电解质以提高溶
液的导电性能 就可以制得更细的纤维
[14
34]
影响纤维直径的另一个重要因素是后处理过程中
的煅烧温度
煅烧温度越高
所得纤维直径就越细
这是由于温度越高 多余物质排出的就越彻底 [18
22]
但当温度达到一定值以后 由于多余物质已经排除彻
底
纤维直径不再随温度的升高而变化
1.4.2 纤维形态的影响因素
静电纺丝技术制得的纤维存在着小珠节 Reneker 对这一现象进行了系统的分析
[35]
他指出
小珠节的
形成至少是表面张力 电荷斥力和粘滞力这 3个力共
同作用的结果
其中
表面张力促使溶液喷丝表面积
最小化
因而有把喷丝转变成为一个或多个小液滴的
趋势
电荷之间的静电排斥力有增加表面积的趋势
因而在它的作用下
能够形成细丝
而不是小液滴
另外
粘滞力的存在也阻碍了形态的转变 促使形成
纤维
总的来说
当后两种力的影响效果大于表面张
力影响效果时
就可以避免小珠节的出现
1.4.3 二级结构的影响因素
纤维的二级结构主要包括核 /套结构 空心结构和
多孔结构
关于前两种结构
已经做了详尽的介绍
这里只对多孔结构进行讨论
Rabolt
等人发现
溶剂 的蒸汽压和周围环境的湿度对多孔结构的形成有很大 影响
[36]
高挥发性溶剂的挥发产生冷却效应 这就导
致喷丝中不同的组分分相
从而形成多孔结构纳米纤
维
同样
湿度过高也会导致多孔结构的形成
2 无机纳米纤维的应用
激光电池材料 SnO 2是一种光导材料 被应用于 各种激光电池材料 与它们的体型材料相比 SnO 2纳
米棒的优越性能更加显著
因而可能在这个领域得到
广泛的应用
[37]
传感器和单分子探测
CuS 纳米纤维的一个主要
用途是在化学和生物传感器上的应用 CuS 纳米纤维
有很多好的性能
如半导体性能
纳米量级上的排列
结构 金属 /半导体结 还有结构与表面修复的灵活性
等
它们将会成为各种传感器的主要材料
另外
用 光子对 CuS 纳米纤维进行处理 在电控的条件下
会
实现单分子探测
[37]
纳米探测器和纳米尖端 由于 TiO 2纳米棒结构的
可控性好 因此它们的表面和尖端部位都可以作为分
子探测器 尖端部位还可以作为纳米探针
[37]
催化剂
Si
纳米管具有高表面积
作为催化剂的
载体
Si 纳米管可提供足够的表面积使催化剂与反应
物接触 因而提高了催化剂的催化活性 所以 Si 纳米 管在提高催化活性领域很有发展前景
[37]
3 结 语
静电纺丝技术在 60多年之前就已经出现 但那时 不成熟 也不被认可 直到近 10年来 才慢慢走向成
熟
但仅是在试验室中取得成功 距工业化生产还存
在一定距离
而对无机纳米纤维的制备还处于起始阶
段
有一些技术问题仍有待解决
本文对静电纺丝技术的工艺流程 机理和改进方
法进行了重点的介绍
对影响因素作了细致的分析
同时对无机纳米纤维的应用作了展望
静电纺丝技术在不久的将来会受到更加广泛的关
注
将进一步走向成熟
那时
将成为制造纳米结构
万方数据
第 7期 崔启征等 静电纺丝技术制备无机物纳米纤维的最新研究进展
1171
和纳米材料的最有效的方法之一
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New Developments of Inorganic Nanofibers Fabricated by Electrospinning
Cui Qizheng, Dong Xiangting, Yu Weili, Wang Jinxian, Wang Huiru, Yang Xiaofeng, Yu Xiaohui,
(College of Materials and Chemical Engineering ,Changchun University of Science and Technology, Changchun 130022, China)
Abstract: Electrospinning technique is playing an important role and has been regarded as one of the simplest and most effective techniques in the field of nanofibers fabrication. Various kinds of nanofibers have been prepared using this method, including polymers and inorganic nanofibers. In this paper, a comprehensive review is presented on the fabrication of inorganic nanofibers using electrospinning technique, including its mechanism, modification and effecting factors. In addition, the applications and future trends are presented and discussed for the inorganic nanofibers in this paper.
Key words: electrospinning; nanofibers; inorganic nanofibers
Biography: Cui Qizheng, Candidate for Master, College of Materials and Chemical Engineering, Changchun University of Science and Technology, Changchun 130022. P. R. China, Tel: 0086-431-5360311, E-mail: cuiqizheng@sina.com.cn
万方数据
静电纺丝技术制备无机物纳米纤维的最新研究进展
作者:崔启征 , 董相廷 , 于伟利 , 王进贤 , 王慧茹 , 杨晓峰 , 于晓辉 , Cui Qizheng, Dong Xiangting, Yu Weili, Wang Jinxian, Wang Huiru, Yang Xiaofeng, Yu Xiaohui作者单位:长春理工大学,吉林,长春,130022刊名:稀有金属材料与工程
英文刊名:RARE METAL MATERIALS AND ENGINEERING年,卷(期):2006,35(7)被引用次数:
35次
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23. 张双虎 . 董相廷 . 徐淑芝 . 王进贤 静电纺丝技术制备TiO2/SiO2复合中空纳米纤维与表征 [期刊论文]-复合材料学报 2008(3)
24. 刘莉 . 董相廷 . 王进贤 . 车红锐 静电纺丝法制备Y2O3纳米纤维与表征 [期刊论文]-中国稀土学报 2008(4)
25. 张双虎 . 徐淑芝 . 董相廷 . 王进贤 同轴纳米电缆的最新研究进展 [期刊论文]-稀有金属材料与工程 2008(6)
26. 高续波 . 董相廷 . 王进贤 . 范立佳 . 刘桂霞 静电纺丝法制备Y3Al5O12纳米纤维 [期刊论文]-应用科技 2008(6)
27. 张明 . 李新海 . 胡启阳 . 王志兴 . 郭华军 新型结构Y2O3:Eu3+发光材料的合成方法 [期刊论文]-稀有金属材料与工程 2008(11) 28. 车红锐 . 董相廷 . 刘莉 . 王进贤 静电纺丝技术制备Y2O3∶Eu3+ 纳米纤维 [期刊论文]-稀土 2008(6)
29. 张双虎 . 董相廷 . 徐淑芝 . 王进贤 . 刘桂霞 静电纺丝技术制备金红石型TiO2多孔空心纳米纤维 [期刊论文]-稀有金属材料与工程 2008(12)
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31. 徐淑芝 . 张双虎 . 董相廷 . 王进贤 静电纺丝技术制备TiO2空心纳米纤维与表征 [期刊论文]-硅酸盐学报 2007(10)
32. 刘莉 . 董相廷 . 王进贤 . 车红锐 静电纺丝技术制备Y2O3纳米纤维 [期刊论文]-长春理工大学学报(自然科学版) 2007(3)
33. 张双虎 . 董相廷 . 徐淑芝 . 王进贤 静电纺丝技术制备TiO2@SiO2亚微米同轴电缆与表征 [期刊论文]-化学学报 2007(23)
34. 张双虎 . 徐淑芝 . 董相廷 . 王进贤 静电纺丝技术制备PVP空心纳米纤维与表征 [期刊论文]-长春理工大学学报(自然科学版) 2007(4) 35. 于伟利 . 董相廷 . 王进贤 . 崔启征 静电纺丝技术制备PVP纳米纤维与表征 [期刊论文]-长春理工大学学报(自然科学版) 2007(4)
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范文五:20.23.熔体静电纺丝工艺的研究进展
2010年第11期产业用纺织品
综述
熔体静电纺丝工艺的研究进展
张恒钱晓明
(天津工业大学纺织学院,天津,300160)
摘要:熔体静电纺丝(M.ESP)法是一种使带电荷的聚合物熔体在静电场中形成射流来制备聚合物超细纤维
的加工方法。M-ESP法相对于溶液静电纺丝(S-ESP)法具有经济、安全、环保等特点,是近期静电纺丝法的研究热点。阐述了M-ESP的基本原理和国内外发展状况。列举了多种M—ESP装置的基本结
构。
关键词:M.ESP,原理,工艺,发展状况中图分类号:TQ340.649;TSl02.64
文献标识码:A
文章编号:1004—7093(2010)11-0001一04
熔体静电纺丝(M—ESP)法是将聚合物加热熔置和接收装置组成。在M-ESP过程中将聚合物加热熔融后送人纺丝头中,在喷丝头与接收装置之间施加一个高压静电场,同性电荷在聚合物熔体上聚集。由于同性电荷的相互排斥及表面电荷向相反电极收缩,产生一个与表面张力相反的电场力,即产生一个向接收装置运动的牵伸力。当电场力的大小等于聚合物熔体的表面张力时,聚合物熔体就会在喷丝头尖端处于平衡状态;随着电压的增大,
融成熔体然后利用高压电场产生的巨大静电力对
聚合物熔体进行极度的拉伸,聚合物熔体在牵伸的过程中冷却凝固成纳米纤维的纺丝方法¨引。与溶液静电纺丝(S-ESP)法相比较,M—ESP法具有经济、安全、环保等特点:
(1)经济,在纺丝过程中不需要溶剂,因此无需考虑溶剂的成本及回收等问题;
(2)安全,不用担心因溶剂而引起火灾的问题;
(3)制得的纤维纯度高,无需从纤维中除去残留的溶剂;
(4)能够制备特殊的纳米纤维,某些极难溶解的聚合物可以采用M-ESP法制备纤维;
(5)环保,可以避免溶剂对人类和环境的危常[341自0
最近几年随着静电技术的进步,M—ESP法的发
当电场力达到某一临界值时,聚合物熔体就会从喷
丝头中喷射出来形成锥形(Taylor锥);当电压继续增大到电场力能够克服聚合物液滴的表面张力时,带电的极细聚合物液体流就会从Taylor锥锥尖喷射出来,但是由于聚合物大分子链之间的相互缠结,聚合物液体流不会断裂成一个个极小的聚合物液滴而是形成一个聚合物喷射流。聚合物喷射流从Taylor锥处向接收装置飞跃的过程中受到静电力的极度牵伸,先是稳定地飞跃一段距离,然后沿不稳定的螺旋轨迹弯曲运动(“鞭动”),其间随着温度的降低聚合物喷射流冷却固化,最后在接收装
展和完善成为静电纺丝法研究的热点。
1
工艺原理
M-EsP的设备由高压电源、供料装置、加热装
置上形成纳米纤维非织造布¨j1。
2
国内外发展状况
目前美国、日本和德国等对于M-ESP技术和
收稿日期:2010—06—30
作者简介:张恒,男,1986生,在读硕士研究生。主要从事非织造布的研究。
应用的研究较多,而中国起步较晚,但是发展较快,呈现出多样的发展趋势。
一1一
万方数据
综述产业用纺织品总第242期
早在1934年FormhalsMl在一篇专利中介绍了利用静电力从醋酸纤维素溶液中制备超细纤维的方法,并首次提出了静电纺丝法制备纳米纤维的基本思想;1981年Larmodo等【刊就已经利用自己设计的M.ESP装置(图1),以聚乙烯(PE)和聚丙烯(PP)为原料,在纺丝温度为200~240℃、电场电压
4~8
kV/cm的条件下成功制取了直径为50—150
u皿
的纤维,并对Taylor锥的形成以及锥角大小进行了研究。
6
1——圆柱状腔体;2——不锈钢擘;3——铝片护套;4——电加热装置;5——绝缘护套;6——热电偶;7——圆柱状腔体的下端;8——不锈钢毛细管;9——不锈钢毛细管管13;
10——石棉板;1
l——压料柱塞;
12——气动退料机;13——金属板;14——细孔;15——绝缘伸长臂;
16——实验台
图1
Larrnodo设计的M.ESP装置【71
由于M—ESP法制备的纤维直径较大以及需要加热装置等方面的原因,在随后一段时间M.ESP法并没有取得很大的进步。在2l世纪初期Rang—kupan等隅1使用M.ESP法在真空状态下制取了几种聚合物的纤维。
Warner等旧1以PP为原料,利用一个形状类似于“漏斗”的玻璃“小屋”(图2)以使Taylor锥处的温度保持在200。C左右,纺丝路径处的温度保持在100℃以上,首次制得纳米级纤维,但其中混有大直径的纤维。研究表明了聚合物熔体的温度以及纺丝区域的温度会对纤维的形态以及性能产生重要的影响。
一2一
万方数据
图2“漏斗”状静电纺丝装置一1
Lyons等【l叫使用19mm单一螺杆挤出机(200℃)、喷丝孔直径1.5mm的装置(图3),由不同聚合度和立构规整度的PP原料试制纳米纤维,根据M—ESP参数的不同制得直径在几百纳米到几百微米不等的纤维,并研究分析了纤维的直径、外观形态与电场强度、聚合物聚合度等纺丝参数的关系,认为在M-ESP过程中成纤的难易程度取决于原料的聚合度。实验表明,聚合物熔体的相对分子
质量以及大分子的结构都会影响M.ESP过程以及所制取纳米纤维的形态和结构。
图3使用螺杆挤出机的M.ESP装置¨叫
Zhou等¨¨使用的M-ESP装置(图4),通过一
个可调速的注射器控制纺丝液的挤出速度,并控制挤出装置温度(200℃)、纺丝头温度(220—250℃)、纺丝区域温度(25~80℃)以及接收装置温度(25℃),成功制取了亚微米级聚乳酸(PLA)纳米纤维,并且在纺丝过程使用高速摄像技术研究了聚合物喷射流在纺丝区域的飞行状态。研究表明,当纺丝区域温度低于聚合物的玻璃化温度时,聚合物喷射流的鞭动受到抑制,这是因为聚合物喷射流很快就被冷却。Zhou等同时还研究了聚合物熔体的不同挤出速度对纺丝过程的影响。
Dalton等【121设计了两种不同的保温装置
(图5),以适应熔点较高和相对较低的聚合物进行
M—ESP,并通过添加一定量添加剂(Irgatec)的方式,降低聚合物熔体的黏度进而降低所制取纤维
的直径。低温聚合物的M—ESP装置利用高效稳定热
2010年第11期尸业用缅蜘品
m4Zhou∞MESP&1。
介质循环系统来保温,而高温聚台物的M-ESP装
牲用电子加热抢和挤出装置中的温度计束控制纺丝头处的温度,实验表明,枉纺丝温度270。C时通
过添加15%的lrgatcc,PP的黏度从75Pa?s降低到33Pa?s.InJ所制纤维直杵则m(35±8)“m降低(084±O19)“m.表叫聚合物熔体的黏度对
纤维的线峦度有盖键忡的影响
融:’
[巫二r。
m妇
[妇.
秀叫~1
钒。。“““
《b)*Ⅲ镕☆%
目5
Dalton∞自种M.ESP蓑王“、
近年H率搞井大学开发r}}有激光加热部件
的M?ESP装置(图6).利J1|激光对聚合物固体加热制备聚台物熔体.然后进行M-ESP制备纳米级或垤微米级的超细纤维。OgaIa等““利用设类型的M—ESP装置以PI.A为原料制蔷纤维,褂到r直
径小于l“m的纤维,并分析丁纤维商径、性能与激光功率的关系。日本东丽公司“采用M?ESP得到的纳米纤维,单丝平均直径约60nm.并且已
在美容用品和纺织品中得到应用
天津大学吴卫星等”5吼fT蜡改忡PP为原料.
通过M-ESP成功常4得丁直释10一leo“m的PP超细纤维.试驻征删.接收速率的增大能够提高PE
万方数据
和PP的和分散程度,使得阿者分敞柱子R寸减小.纤维戒蚵光滑敦密样度提高,电压增大有利于
纤维矗径减小和分子链取向,电压x}纤维形貌的影响‘1接收速率对纤维形貌的影响类似、
一:№m%u*n
目6帝有m≈*^∞*∞M?LgP蓑1”
北京化J二犬学邓荣-鞋”通过把纺牡温度提高
到足够高的水平(315—355%,低于分解温度)成功把低熔体流动速率(2
g/10
min)的低擀度壤乙
烯(I.DPE)纺成超细纤维,且太部分纤维平均直径
在15“m以F,纤维表面光滑,粗细均匀.质量很好,试验发现,焙件漉动速串是影响纤维平均直径
和直径方差的最主要因索。试验还采用了无毛}f|『
管的高教喷头装置(1射7).使得聚合物熔体在静电
虿淞。,
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7——噎&镕镕.g——E0镕Ⅲ;9——目#镕m太*口Ⅲ
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一3
综述产业用纺织品总第242期
Process%20and%20apparatus%20for%20preparing%
场的作用下能产生多股喷射流,从而大幅度提高了M—ESP的效率。
[7]
20artificial%20threadsM=false.
LARRONDO
L,JOHNMANLEYRST.Electrostatic
3
结语
M—ESP法相对于S-ESP法具有经济、安全、环
fiberspinningfrompolymerservationsof
on
melts.I.Experimental
and
oh-
fiber
formation
properties[J].Journal
PhysicsEdition,1981
Polymer
Science:Polymer
保等诸多优点,但也面临着设备较复杂、技术相对不成熟等难题。
近年来对于M—ESP制备纳米纤维的研究越来越多,并且随着研究的进一步深入,人们期待着制造出更为完善的设备,并在此基础上尽可能地缩小纤维直径和提高纤维性能,进而推动纳米纤维的发展和应用。
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Thedevelopmentofthemeltelectrospinning
Zhang
Abstract:
Themeltmer
m昭,QianXiaoming(School
ofTextiles
TianjinPolytechnicUniversity)
polymermeltinelectrostaticfield.Meltelectrospinningisare-
searchfocuspresentlywithperformanceofeconomical,safeandenvironmentalfriendlybetterthanthatofliquidelectrostaticprocessing.Thebasicprincipleofthemeltelectrospinninganditsdevelopmenthomeandabroadweredemonstratedinthepaper.
Keywords:
4
melt
electrospinning(M—ESP)isa
fibersbyjetofelectricallycharged
novelprocessingtechniquefortheproductionofultrafinepoly-
electrospinning(M—ESP),principle,technique,development
status
万方数据
熔体静电纺丝工艺的研究进展
作者:作者单位:刊名:英文刊名:年,卷(期):
张恒, 钱晓明, Zhang Heng, Qian Xiaoming天津工业大学纺织学院,天津,300160产业用纺织品
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