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静电纺丝的基本原理

2016-1-2 9:22:35点击:


  静电纺丝的原理可以参考上图中所示,将聚合物溶液或熔体带上几103-104V高压静电,带电的聚合物液滴在电场的作用力下在毛细管的Taylor锥顶点被加速。当电场力足够大时,聚合物液滴可克服表面张力形成喷射细流。细流在喷射过程中溶剂蒸发或固化,最终落在接受装置上,形成类似非织造布状的纤维毡 。下面解释形成Taylor锥的原因:从表面现象的研究可知,在毛细管顶端的液滴,将成为凸形的半球状。可在液滴表面上施加一电位,液滴曲面的曲率将逐渐改变,当电位达到某一临界值Vc时,半球状液 滴会转变为锥形,其锥形的角度为49.3°,这一带电的锥体称为Taylor锥。



  静电纺丝能使纤维变成纳米级的原因是:在强电场作用下,流体进而可以从Taylor锥中被顶出,形成射流,直径变小。由电流体动力学分析可知,注入流体的表面电荷可能发生衰减,表面电荷与电场的偶合力可以导致出现切向电应力,这是使带电液流加速和直径减小的主要推动力,与之抗衡的主要是粘性应力。另一方面,与法向电应力平衡的是表面张力和相之间的压力差。在理论研究中首先应建立牛顿流体电纺的数学模型,写出这种细长状射流的电流体动力学的完整方程组,主要包括流体的粘度、电导率、电荷密度等参数。根据这种射流细化模型的理论分析,可以预示出射流横切剖面和表面电荷分布随射流位置而改变。




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