无尖端喷头纳米纤维批量电纺的实验研究

作     者：黄小平 

作者单位：厦门大学 

学位级别：硕士

导师姓名：孙道恒

授予年度：2008年

学科分类：07[理学] 070205[理学-凝聚态物理] 08[工学] 080501[工学-材料物理与化学] 0805[工学-材料科学与工程（可授工学、理学学位）] 0702[理学-物理学] 

主      题：静电纺丝 电液动力学 无尖端喷头 

摘      要：在纳米纤维制造技术中,静电纺丝技术由于其独特的优势如无需模版与强力挤压、高速、纯物理过程等,因此系统简单、制备成本低,得到了学术界和产业界的广泛关注。目前传统静电纺丝技术采用单根针尖作为喷丝头,一根针头只能产生一束射流,喷射效率很低,无法满足复合材料、生物支架、伤口包扎、过滤薄膜等应用要求,因此实现批量化制造纳米纤维是纳米纤维获得工业化应用的关键。本课题基于电液动力学原理,提出一种无尖端喷头纳米纤维批量电纺技术,利用金属圆柱形滚筒做为喷头,代替传统针尖式,批量化制备纳米纤维,以提高纳米纤维的产量。实验结果表明,采用此方法得到的纳米纤维产量为传统电纺的700倍以上。 课题在研制一套无尖端喷头纳米纤维批量电纺实验装置的基础上,重点研究高压电场下薄膜溶液表面射流的形成过程,探索溶液特性、滚筒结构、电极距离、溶液厚度等参数的优化。具体研究工作包括以下几部分: ●在查阅了大量文献、资料的基础上,提出了一种基于电液动力学原理的无尖端喷头纳米纤维批量电纺技术;●自主设计搭建了无尖端喷头纳米纤维批量电纺实验装置,装置由可转动金属喷头、溶液槽、溶液厚度调节刮板、纤维收集板、120kV高压电源等组成;●利用显微装置观察在高压电场下薄膜溶液表面射流的形成过程,确定泰勒锥的直径、速度及运动方向等;●通过大量的实验分析了溶液浓度、滚筒结构、电极间距、溶液厚度、收集板形状、喷射电压等参数对纳米纤维质量的影响,得到无尖端喷头批量电纺的最佳工艺参数;●运用ANSYS有限元分析软件对不同参数下的实验装置进行电场分析,分析仿真结果与实验结果是否一致。