文档介绍：静电纺丝
主讲人: 罗磊
小组成员:于磊逄增媛
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contents
4
静电纺丝的基本概念和历史
1
静电纺丝的设备和基本过程
2
静电纺丝的原理
3
静电纺丝的应用
5
静电纺丝的影响因素
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相关概念
电喷技术:在高压静电场下,导电液滴能够发生高速喷射的现象。
静电纺丝:可以认为是带电射流电雾化的一种变形,当液体的粘度较小时,射流在受到电场力的作用后破裂为许多细小的液滴,液滴的直径介于微米和纳米之间,当液滴的粘度较大时,就会形成纤维。
泰勒锥:随着电场力的增加,液滴逐渐被拉长,当所施加的电场力的数值与液滴的表面张力相等时,°的圆锥,被命名为“泰勒锥”。
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电喷技术原理的研究历史
1915年
Zeleny
1964年
Taylor
1882年
Rayleigh
研究了到底需要多少电荷才能克服液滴的表面张力使液滴劈裂的问题,提出了“Rayleigh”极限数值
得出表面张力越高的液体出现弯曲不稳定现象时需要的电压就越高。
他认为,液体在电场力的作用下只受到两个力,“电场力和表面张力”,并提出了“泰勒锥”。
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静电纺丝技术的发展历史
1934年
Formhals
1966年
Simons
1971年
Baumgarten
首次在专利中提出该技术。他设计了一套聚合物溶液在强电场下的喷射进行纺丝的加工装置。
专利中叙述了用静电纺丝技术制备超细超轻无纺布的装置,且发现粘度高时,纤维连续,粘度低时,纤维短且细。
设计了一套装置,-。考察了纤维直径与溶液黏度、射流长度及环境气体组分之间的关系。
1981年
Larrondo
和Manley
将聚乙烯和聚丙烯熔体纺成连续的纤维,研究发现,直径取决于电场,操作温度和熔融体粘度,与喷丝嘴直径无明显关系。
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基本设备
静电纺丝的基本设备包括:高压电源、喷丝头和接收装置。纺丝液通过注射泵从喷丝头中挤出形成小滴,小滴在高压电作用下变成锥形,在超过某一临界电压后进一步激发形成射流,射流在空气中急剧震荡和鞭动,从而拉伸细化,最终沉降在接收装置上。
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高压电源
高压电源提供产生纺丝液射流的高压电,电源的两极分别连接在喷丝头和接收装置。根据电源性质的不同,可分为直流和交流高压电源两种,都可用于静电纺丝。
直流高压电在电纺过程中通常采用感应充电的方式,即将直流高压电直接接在喷丝头上,接收装置接地或反之。电压极性对纺丝过程影响不大,实验室多采用高压正电纺丝。
交流电电纺可显著提高射流鞭动的稳定性,纤维变粗但有序性增加,同时也可在绝缘的接收装置上有较大的接收面积。但在纺丝过程中交流电频率不易调整(要考虑每次的实验条件:温湿度、溶液性质等)。
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喷丝头
喷丝头的作用就是在纺丝过程中产生纺丝小液滴,提供射流激发位点。一般分为无针头和针头两种不同的喷丝体系,其中针头体系根据针头数量和形式的不同,还可以进一步分为单头、同轴、并列、多头等不同的形式。
1、无针头体系。核心思想就是在自由聚合物溶液表面形成大量射流激发位点。
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2、针头体系。
1)单针头
单针头最常见,根据需要可选择不同型号的针头。
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2)同轴针头
同轴电纺的一个优点在于可以突破单头体系的限制,将一些难以直接电纺的聚合物通过同轴电纺装置制备纳米纤维。另一个优势是通过将核层选择性移除,还可以制备中空纳米纤维结构。
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