離心熔體靜電紡絲的實(shí)驗(yàn)和模擬探索.pdf

1、隨著納米纖維的應(yīng)用涉及各種重要行業(yè)，世界范圍對(duì)納米纖維的需求量和需求標(biāo)準(zhǔn)在同時(shí)增大和增高，因此現(xiàn)在對(duì)納米纖維制備的設(shè)備要求和工藝水準(zhǔn)也變得更高。在近十年的快速發(fā)展中，離心靜電紡絲技術(shù)因其結(jié)合了離心紡絲和靜電紡絲兩種傳統(tǒng)紡絲方法的優(yōu)點(diǎn)而備受關(guān)注，但同時(shí)其也融合了兩種裝置，所以其整體裝置變得更加復(fù)雜。因此離心靜電紡絲設(shè)備的制造，使用，及其紡絲工藝的探索對(duì)于納米纖維行業(yè)的發(fā)展帶來(lái)的既是機(jī)遇也是挑戰(zhàn)。
　　離心靜電紡絲可采用不同狀態(tài)的紡絲

2、原材料，采用熔體作為原材料的為離心熔體靜電紡絲，采用溶液作為原材料的為離心溶液靜電紡絲。到目前為止，離心溶液靜電紡絲生產(chǎn)的纖維無(wú)法完全避免有毒溶劑的副作用，而離心熔體靜電紡絲方法幾乎沒(méi)有被科研人員詳盡研究過(guò)。因?yàn)閭鹘y(tǒng)的熔體紡絲方法制備高性能纖維時(shí)就存在很多困難，包括不同溫度和不同加熱時(shí)間對(duì)不同材料的影響機(jī)理不明確，設(shè)備溫度難以精確掌控，電磁對(duì)熔體材料的影響機(jī)理不明確。熔體靜電紡絲制備的纖維存在直徑較粗，纖維無(wú)序，效率低等缺點(diǎn)。離心熔體紡

3、絲制備的纖維整體性能不統(tǒng)一，達(dá)不到較高的應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)。這些缺點(diǎn)都影響了該紡絲方法的工業(yè)化進(jìn)展。針對(duì)現(xiàn)有紡絲方法存在的缺點(diǎn)和弊端，迎合納米纖維的發(fā)展趨勢(shì)，本論文有針對(duì)性的展開了對(duì)離心熔體靜電紡絲的實(shí)驗(yàn)和模擬探索。以下是主要研究?jī)?nèi)容:
　　首先，采用本實(shí)驗(yàn)室自主設(shè)計(jì)和制造的離心熔體靜電紡絲裝置，探索這套裝置能否順利采用工業(yè)上常用的左旋聚乳酸材料進(jìn)行納米纖維的制備。通過(guò)表征制備的納米纖維，分析總結(jié)本裝置對(duì)左旋聚乳酸納米纖維詳盡工藝參數(shù)的影響

4、規(guī)律。結(jié)果表明本裝置能順利并且高效的制備出無(wú)溶劑的左旋聚乳酸的微納米級(jí)纖維膜，效率可達(dá)到22g/min。通過(guò)總結(jié)電壓，轉(zhuǎn)速，溫度等工藝條件對(duì)纖維直徑、產(chǎn)率、結(jié)晶度等性能的影響規(guī)律，得出最佳工藝條件為:電壓35kV，轉(zhuǎn)速1260rpm，溫度235℃，收集距離8cm。
　　其次，采用離心熔體靜電紡絲技術(shù)制備可達(dá)醫(yī)學(xué)應(yīng)用的有序的左旋聚乳酸納米纖維膜，對(duì)纖維膜的有序度進(jìn)行了表征和分析，總結(jié)了不同紡絲工藝條件對(duì)纖維有序度的作用規(guī)律。然后對(duì)本

5、方法制備出的有序和無(wú)序的纖維膜作為生物支架進(jìn)行生物醫(yī)學(xué)應(yīng)用的探索，進(jìn)行了包括細(xì)胞的成活率，增殖，分化等實(shí)驗(yàn)。最終順利制備出高度有序的以及無(wú)序的左旋聚乳酸微納米纖維膜，將不同工藝參數(shù)對(duì)纖維有序度的作用規(guī)律進(jìn)行了總結(jié)。醫(yī)學(xué)生物實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明了這種無(wú)溶劑的左旋聚乳酸纖維膜支架具有無(wú)毒性，細(xì)胞成活率超過(guò)95％，有序的纖維膜作為生物支架效果更好。所以這種方法制備的無(wú)溶劑左旋聚乳酸纖維膜能夠模仿固有肌腱組織架構(gòu)的形式，將來(lái)在醫(yī)學(xué)應(yīng)用方面有著巨大潛力。

6、
　　最后，為改善上述左旋聚乳酸纖維膜的機(jī)械性能，本論文探索了離心熔體靜電紡絲技術(shù)制備含左旋聚乳酸和聚環(huán)氧乙烷的復(fù)合纖維膜，并通過(guò)一系列的表征及力學(xué)性能測(cè)試，再通過(guò)與純左旋聚乳酸的纖維性能進(jìn)行對(duì)比，發(fā)現(xiàn)復(fù)合纖維膜結(jié)晶度和纖維直徑都明顯得到改善。復(fù)合纖維膜的平均直徑最細(xì)達(dá)到1.85 um。且隨著復(fù)合纖維膜中PEO含量從10％增加到30％，復(fù)合纖維膜的結(jié)晶度明顯提升。經(jīng)過(guò)熱壓后處理，復(fù)合纖維膜的強(qiáng)度也得到提高，但是韌性方面還有待改善。

7、通過(guò)進(jìn)一步實(shí)驗(yàn)的結(jié)果，驗(yàn)證了本紡絲方法所得纖維膜能達(dá)到工業(yè)化應(yīng)用的要求。
　　盡管本裝置高效的制備出了有序的無(wú)溶劑微納米纖維膜，但在此過(guò)程中也遇到了許多困難和問(wèn)題，尤其是裝置組合的復(fù)雜性以及裝置中各種零部件的精確度都對(duì)紡絲實(shí)驗(yàn)有一定的影響。為不斷改進(jìn)裝置中的缺點(diǎn)，更快更高效的獲得裝置設(shè)計(jì)對(duì)紡絲纖維的影響規(guī)律。本論文用有限元軟件對(duì)本裝置中受熱的關(guān)鍵部件，即旋轉(zhuǎn)圓筒的溫度場(chǎng)進(jìn)行了模擬。根據(jù)模擬情況和前期的實(shí)驗(yàn)情況嘗試設(shè)計(jì)了新一代的離心