耦合場(chǎng)下的熔體靜電紡絲及其介觀模擬.pdf

1、在熔體靜電紡絲過(guò)程中，紡絲射流主要在重力場(chǎng)、靜電場(chǎng)、溫度場(chǎng)等物理場(chǎng)的耦合作用下，受到來(lái)自靜電、質(zhì)量、熱量、流體、力學(xué)等各方面因素的影響，在一定的紡絲參數(shù)下形成微納米纖維沉積在收集板上。熔體靜電紡絲技術(shù)在微納米纖維制造工藝上具有無(wú)毒、高效、安全、環(huán)保、經(jīng)濟(jì)等方面的優(yōu)勢(shì)，在生物醫(yī)學(xué)、藥物控釋、組織工程等方向具有廣闊的應(yīng)用前景。但由于所需紡絲電壓高、裝置復(fù)雜、纖維直徑相對(duì)較粗，以及紡絲機(jī)理、制約因素尚不明確等一系列難點(diǎn)無(wú)不制約著其進(jìn)一步發(fā)展。

2、本文通過(guò)紡絲模型的建立，利用耗散粒子動(dòng)力學(xué)介觀模擬與實(shí)驗(yàn)相結(jié)合的方式共同探討耦合場(chǎng)對(duì)熔體靜電紡絲的影響，并且通過(guò)使用向上熔體靜電紡絲能夠制備納米級(jí)纖維，為了進(jìn)一步說(shuō)明模擬方法的可靠性和普遍適用性，在研究過(guò)程中從模擬的角度對(duì)電場(chǎng)誘導(dǎo)相分離靜電紡絲進(jìn)行了討論和分析。主要工作如下:
　　1、在耦合場(chǎng)熔體靜電紡絲的研究過(guò)程中，通過(guò)改變重力與電場(chǎng)力之間的夾角，并且以固定其他紡絲參數(shù)不變?yōu)榍疤?，研究耦合?chǎng)對(duì)紡絲纖維直徑的變化影響。隨著電場(chǎng)力與

3、重力之間耦合角的增大，所獲纖維直徑呈現(xiàn)出明顯的下降趨勢(shì)。此外，當(dāng)電場(chǎng)力與重力在相反方向時(shí)更容易得到直徑、形貌較佳的纖維。而耗散粒子動(dòng)力學(xué)介觀模擬法也從模擬的角度驗(yàn)證了這一結(jié)論的正確性。不僅如此，從統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)中還得到了適用于本實(shí)驗(yàn)的耦合角與纖維沉積位置的計(jì)算公式。
　　2、利用脈沖電場(chǎng)進(jìn)行相同的耦合場(chǎng)熔體靜電紡絲實(shí)驗(yàn)，保持占空比、頻率以及其他紡絲參數(shù)不變，得到了與普通電場(chǎng)時(shí)相同的結(jié)論。而脈沖電場(chǎng)能夠促進(jìn)分子鏈的解纏，從而降低射流的粘度

4、、增大射流的流動(dòng)性，所以能夠獲得直徑更小的纖維。
　　3、正交實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)法的引入降低了向上熔體靜電紡絲實(shí)驗(yàn)的繁瑣程度，在對(duì)9組實(shí)驗(yàn)所獲纖維進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析的過(guò)程中發(fā)現(xiàn)，電壓是影響纖維直徑的主要因素。分別從最小直徑和最小方差兩個(gè)角度來(lái)確定最佳紡絲參數(shù)，電壓分別為40kV和35kV,而紡絲距離10cm、占空比37.1％、和頻率3.52kHz都相同。在兩組最佳紡絲條件下分別能夠獲得180nm左右的納米纖維和直徑均勻的超細(xì)纖維。
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