静电纺丝PPT课件

他认为，液体
得出表面张力越 在电场力的作
高的液体出现弯 用下只受到两
曲不稳定现象时 个力，“电场
需要的电压就越 力和表面张
高。
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
1981年 Larrondo 和Manley
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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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。
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。
ຫໍສະໝຸດ Baidu
设计了一套装 置，可以制备 直径在0.051.1微米的丙烯 酸纤维。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。
熔体静电纺丝具有溶液静电纺丝无法比拟的优点： 1、不需要有机溶剂，成本低、生产效率高； 2、适用于一些室温下没有合适溶剂的聚合物，如PP、PE等； 3、对熔体电纺建模，有助于更加深入了解电纺机理； 4、如能与现有的熔喷装置相结合，则有很强的工业化应用前景。 同时也存在一定的问题： 1、聚合物熔体粘度高、导电性差，需要较高的电场强度，易发生电场击穿的危险。 2、制备的纤维多在微米级别； 3、装置复杂，需附加高温加热装置，易和高压装置发生静电干扰。
1、常规接收装置 由于电纺过程中鞭动的不稳定性，收集到的纤维常为无规堆积的无纺布形式。
通过改变接收装置，可以得到其他不同的纤维聚集形式。
平板接收
滚筒接收
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2、辅助接收装置 在射流鞭动细化过程中，主要受到电场力的作用，因此通过引入接收装置改
变电场形状或者引入其他场如磁场，就能调控射流运动轨迹，达到可控收集的目 的。
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。
• 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，液滴就 形成了顶角为49.3°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
1882年 Rayleigh
1915年 Zeleny
1964年 Taylor
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
并列式针头
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4）多针头 在并列式针头装置的基础上，
进一步增大针头间的距离就发展为 多可针头体系，针头数量从2个到 十几个不等，也称为平行电纺。
多针头纺丝体系
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接收装置
接收装置用于收集电纺纤维，常规接受装置主要包括平板、滚筒、间隔收集 装置、转盘、金属丝鼓、凝固浴等；根据电纺丝过程中喷丝头及接收装置之间是 否存在相对运动，又可分为静态接收和动态接收两种接收方式。
静电纺丝
主讲人： 罗磊 小组成员：于磊 逄增媛
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contents
1 静电纺丝的基本概念和历史
2 静电纺丝的设备和基本过程
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静电纺丝的原理
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静电纺丝的影响因素
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静电纺丝的应用
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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。
环形电极辅助接收装置
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单针头纳米纤维
同轴纳米纤维
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静电纺的分类：
根据电纺时纺丝液体系是溶液状态还是熔融状态，可以分为溶液静电纺和熔融 静电纺。
溶液静电纺技术的未来蕴含着无限可能，但是也有一些自身难以克服的缺点： 1、电纺体系中只有10%左右为聚合物，纺丝效率低； 2、某些电纺体系需在强腐蚀性或高剧毒性溶剂中进行； 3、有机溶剂成本高、不易回收，易造成环境污染等。 以上缺点均限制了溶液纺丝的进一步工业化应用，一个可能的解决方法就是熔体 静电纺丝。
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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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3）并列式针头
并列式针头体系是一种 结构简单却易于实现功能化 纳米纤维制备的喷丝头体系。 它将不同的聚合物溶液通过 紧密靠在一起的并列式针头 同时进行射流激发，在电纺 过程中平行射流融合，得到 多根纤维互相连接的束状单 根纤维，因此特别适合制备 双组份聚合物纤维。
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2020/1/16
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高压静电纺丝的基本过程
静电纺丝的过程可以简单的描述如下：首先在喷丝口处溶液被拉出表面，沿 着直线运动，当运动到一定位置，进入非稳定阶段，开始成螺旋摆动运动，同时 喷射流被进一步拉伸细化。
1、喷射流初始运动阶段
2、喷射流摆动非稳定阶段
在电场力的作用下，喷丝口处的溶液表面布满阳离子或分子中的缺电子部