微米和纳米科技材料

静电纺丝、纳米纤维技术原理

1.静电纺丝基本原理

  静电纺丝法即聚合物喷发静电拉伸纺丝法,与传统办法天壤之别。首先将聚合物溶液或熔体带上几千至上万伏高压静电,带电的聚合物液滴在电场力的效果下在毛细管的Taylor锥极点被加快。当电场力足够大时,聚合物液滴战胜外表张力构成喷发细流。细流在喷发进程中溶剂蒸腾或固化,终究落在接纳设备上,构成相似非织造布状的纤维毡。在静电纺丝进程中,液滴一般具有必定的静电压并处于一个电场傍边,因而,当射流从毛细管末端向接纳设备运动时,都会出现加快现象,然后导致了射流在电场中的拉伸。

2.静电纺丝中射流的不稳定性

  不稳定性是一种所谓的传递现象,即导致活动不稳定性的每一种形式可能起源于某一扰动或涨落,它会随时长以不同速率而扩展。静电纺丝中有3种不稳定性,第一种是黏性不稳定性,首要是毛细力与黏性力的效果引起的。别的两种不稳定性是电的实质引起的其一为轴对称的曲张不稳定性,即因表而电荷密度在切向电场中遭到的力而引起,这种力与粘度和谐效果引起丝的轴对称形变和活动;其二为非轴对称的曲折不稳定性,即流体的偶极和电荷发作涨落,在电场中轴的法向上受力发生曲折。静电纺射流可能表现出某一种或多种不同的不稳定性形式,取决于射流速度、半径和外表电荷密度等基本参数。近年来静电纺丝理论研究首要选用最简化的线性近似剖析,而研究这些稳定性关于深入研究静电纺丝进程具有重要意义。

3.静电纺丝的影响要素

  静电纺丝法制备纳米纤维的影响要素许多,这些要素可分为溶液性质,如粘度、弹性、电导率和外表张力;控制变量,如毛细管中的静电压、毛细管口的电势和毛细管口与收集器之问的间隔;环境参数,如溶液温度、纺丝环境中的空气湿度和温度、气流速度等。其间首要影响要素包含:

3.1聚合物溶液浓度

  聚合物溶液浓度越高,粘度越大,外表张力越大,而脱离喷嘴后液滴割裂才能随外表张力增大而削弱。一般在其它条件恒守时,跟着浓度增加,纤维直径增大。

3.2电场强度

  随电场强度增大,高分子静电纺丝液的射流有更大的外表电荷密度,因而有更大的静电斥力。同时,更高的电场强度使射流获得更大的加快度。这两个要素均能引起射流及构成的纤维有更大的拉伸应力,导致有更高的拉伸应变速率,有利于制得更细的纤维。

3.3毛细管口与收集器之间的间隔

  聚合物液滴经毛细管口喷出后,在空气中伴跟着溶剂挥发,聚合物浓缩固化成纤维,最终被接纳器接纳。随两者间间隔增大,直径变小。

3.4静电纺丝流体的活动速率

  当喷丝头孔径固守时,射流平均速度明显与纤维直径成正比。

3.5收集器的状况不同,制成的纳米纤维的状况也不同

  当运用固定收集器时,纳米纤维出现随机不规矩景象;当运用旋转盘收集器时,纳米纤维出现平行规矩摆放。因而,不同设备条件所生成的纤维网膜不同。

4.静电纺丝的高聚物

   现在静电纺丝技能现已用于几十种不同的高分子聚合物。如聚酯、聚酰胺、聚乙烯醇、聚丙烯腈等柔性高聚物的静电纺丝,也包含聚氨酯弹性体的静电纺丝以及液晶态的刚性高分子聚对苯二甲酰对苯二胺等的静电纺丝。

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