變化電場中熔體靜電紡絲過程的介觀模擬和實(shí)驗(yàn)研究.pdf

1、熔體靜電紡絲制得的纖維無溶劑殘留、表面光滑、力學(xué)性能好，在生物和安全要求高的醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域具有巨大的應(yīng)用潛力，但是該方法制得的纖維直徑較大的缺點(diǎn)嚴(yán)重阻礙了其進(jìn)一步發(fā)展。熔體靜電紡絲過程中分子鏈的運(yùn)動(dòng)情況對(duì)最終產(chǎn)物的性質(zhì)起關(guān)鍵作用，但是對(duì)該過程中分子鏈運(yùn)動(dòng)規(guī)律的探索卻十分匱乏。靜電紡絲過程中的電場力是使分子鏈發(fā)生運(yùn)動(dòng)、導(dǎo)致纖維細(xì)化的主要驅(qū)動(dòng)力，對(duì)射流中分子鏈的運(yùn)動(dòng)形態(tài)及最終所得纖維的微觀和宏觀特性都有重要的影響。為了深入理解熔體靜電紡絲中電場

2、對(duì)射流中分子鏈的作用規(guī)律，及利用電場變化改善熔體靜電紡絲纖維外觀和內(nèi)部特性，本文利用靜電紡絲射流及分子鏈上多點(diǎn)分散受力的“拔河效應(yīng)”與震蕩力場，來降低聚合物熔體內(nèi)分子間相互作用，從而促進(jìn)分子鏈線團(tuán)解纏，使纖維內(nèi)部特性變好、外觀直徑變小。本文將傳統(tǒng)熔體靜電紡絲中恒定不變的靜電場改作不斷變化的震蕩電場（簡稱變電場），來控制射流及分子鏈段上的受力情況以制得直徑更小、性能更佳的纖維;利用耗散粒子動(dòng)力學(xué)(DPD)介觀模擬和動(dòng)態(tài)電極板實(shí)驗(yàn)的方法，得

3、到變化規(guī)律不同的變電場，從而獲得變電場對(duì)射流和纖維的影響規(guī)律。主要工作如下:
　　一、應(yīng)用C++程序設(shè)計(jì)語言將不同控制頻率的正弦絕對(duì)值變化形式的變電場，引入熔體靜電紡絲DPD介觀模擬的程序中，將其作為熔體靜電紡絲的主電場進(jìn)行紡絲過程的模擬計(jì)算。經(jīng)過數(shù)學(xué)統(tǒng)計(jì)分析及Visual Molecular Dynamics(VMD)分子可視化軟件顯示，比較不同條件下分子鏈的拉伸程度、射流的直徑及其下落速度，發(fā)現(xiàn)以正弦絕對(duì)值形式變化的變電場能夠

4、促進(jìn)分子鏈的運(yùn)動(dòng)，并且能夠有效的降低射流直徑，而當(dāng)其控制頻率較小時(shí)的效果較為顯著。
　　二、利用DPD介觀模擬方法，研究了周期性方波變電場條件下的熔體靜電紡絲情況，發(fā)現(xiàn)電場變化的周期對(duì)分子鏈拉伸和射流直徑的影響規(guī)律不明顯，而波寬與分子鏈拉伸和射流直徑呈正相關(guān)的關(guān)系;采用與周期性方波變電場變化規(guī)律相似的脈沖電場，對(duì)波寬與纖維直徑的關(guān)系進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究，結(jié)論與模擬結(jié)果一致。
　　三、采用動(dòng)態(tài)電極板式熔體靜電紡絲實(shí)驗(yàn)裝置，對(duì)聚丙烯進(jìn)