双喷头近场电纺沉积定位特性研究

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近场静电纺丝是一种可以精确定位制造微纳米纤维线的先进制造技术。近年来,社会各界对于利用近场静电纺丝进行超精密增材加工的兴趣不断扩大。但现阶段,关于近场电纺的研究主要集中在单喷头近场电纺上,其极低的生产效率是限制其工业化生产的主要原因。为了满足近场电纺在实际产业中发展的需求,本文提出通过使用双喷头进行近场静电纺丝来提高生产效率。通过增加喷头数量不仅仅可以有效提高近场电纺方法生产纳米纤维的效率,而且双喷头同时进行近场电纺的方法更在各种要求对称器件一次成型的制造工艺上有着值得期待的广泛运用。本文在此通过实验研究和理论推导主要研究了双喷头近场电纺的沉积特性,并提供了一种合理排布电纺阵列喷头的方法。首先,本文使用Ansoft Maxwell有限元仿真软件对双喷头近场电纺进行了电场仿真,讨论了其电场的变化规律及稳定性,找出了电场强度的影响参数及其显著性。对比分析了在不同电压时的最大电场分布强度变化规律以及在不同纺丝距离时的最大电场强度变化规律。其次,本文提出了使用双喷头进行近场电纺加工,以聚环氧乙烷(PEO)为纺丝原料,以纯净水为溶剂,通过大量的实验,科学的采用正交试验法以及二次响应面法,探讨聚环氧乙烷(PEO)溶液在双喷头近场电纺中,各纺丝参数对射流沉积位置的影响强弱的大小。并通过对比实验的方法,研究了主要影响纺丝参数对双喷头电纺射流沉积位置的影响规律。再次,本文对双喷头近场电纺的射流受力状态以及在控制的运动状态进行了理论分析,分析出双喷头近场电纺沉积间距主要会受到哪些纺丝参数的影响,并简化模型建立了合理的双喷头近场电纺射流沉积间距的理论模型。将理论模型与实验结果进行对比分析,理论模型的正确性获得了良好的验证。最后,本文对双喷头近场电纺的射流沉积间距的规律做了进一步的演绎与验证,通过一系列的不同数量喷头排布的近场电纺沉积间距分析,并对比双喷头的分析结果验证了分析的合理性。为双喷头近场电纺的研究提供了技术支持并为后续的深入研究指明了方向。本文提出了通过双喷头近场电纺的方法来进行实际生产,并在以上工作中对双喷头近场电纺的沉积间距与各个纺丝工艺参数的关系作了详细的研究,为进一步的发展双喷头近场电纺工艺打下了基础,为提高近场电纺的生产效率指明了可行的研究方向,为近场电纺工业化的发展做出了贡献。
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