【摘 要】
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由于纳米纤维具有比表面积大、孔隙小等许多独特的优良性能,在纺织、服装等传统领域和组织工程、生物工程、航空航天等高科技领域得到广泛应用。随着科技的不断发展,人们对纳
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由于纳米纤维具有比表面积大、孔隙小等许多独特的优良性能,在纺织、服装等传统领域和组织工程、生物工程、航空航天等高科技领域得到广泛应用。随着科技的不断发展,人们对纳米纤维的需求量和性能的要求也越来越高,引起了学者们对纳米纤维制备技术的研究热潮。但目前纳米纤维制备的效率低下,纤维性能不稳定,无法满足工业应用的需求。有鉴于此,本文选取静电纺丝和微流纺两种典型的纺丝工艺,运用理论与实践相结合的方法,研究外加能量场(振动场和磁场)对纺丝过程中纺丝液流变性能和拉伸成丝过程的影响,探索提高纳米纤维制备效率和纤维质量的工艺方法。首先,本文研究了超声振动对PAN/DMF纺丝液流动性能及静电纺丝工艺的影响,实验发现:当频率小于20kHz时,振动对PAN/DMF纺丝液的粘度几乎没有影响;当频率超过20kHz时,振动显著降低了PAN/DMF纺丝液的粘度;当频率为21kHz时,粘度的下降率高达29%。利用振动处理后的PAN/DMF纺丝液进行静电纺丝实验,制备纤维的平均直径减小了39%。其次,采用解析法得到静电纺丝制备纤维过程中电场强度和电场力的表达式,并利用ANSYS软件分析静电纺丝过程中电场强度的分布规律;建立喷射流运动轨迹模型,运用力学、电磁学等相关理论分析了喷射流在磁场中所受到的洛伦兹力,得到理论解析式;通过实验的方法验证了外加磁场可以减小喷射流的摆动幅度,进而降低喷射流在运动过程中的能耗,并且获得了有序的纳米纤维。最后,本文通过外加能量场辅助微流纺纺丝实验,探索了获取高质量(有序度高、均匀度好)纳米纤维的制备工艺,结果表明:与普通微流纺的纺丝工艺相比,引入超声振动后,获取纤维的平均直径减小了29%,而同时引入振动场和磁场辅助后,获取纤维的平均直径减小了47%,纤维的均匀度也得到了一定的提高。
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