近年来,纳米技术飞速发展,纳米纤维在空气过滤、水处理、组织工程、复合材料、生物材料、传感器、伤口敷料等领域有着广泛的应用。静电纺丝是一种高效制备纳米纤维的技术。然而,传统单针头静电纺丝的制备效率低,限制了静电纺丝技术的发展。为了提高纳米纤维产量,无针头静电纺丝技术受到了广泛的关注,形成了多种形式的无针头静电纺丝方法。但是制备满足品质的纳米纤维,并连续稳定生产,仍然是静电纺丝技术从实验室走向产业化生产和广泛应用的最大技术障碍。因此本文针对无针式静电纺丝喷头进行研究,设计了一种碟形喷头用于批量化制备直径窄分布的纳米纤维,旨在为制备高品质的纳米纤维提供思路。静电纺丝是利用电场力对聚合物溶液进行纺丝,因此纺丝喷头周围的电场强度大小和电场强度分布,对静电纺丝制备纳米纤维意义重大。本文采用ANSYS Maxwell电磁模拟软件对碟形喷头周围的电场进行模拟。发现碟形喷头边沿处电场强度最大,电场强度云图沿喷头边沿向外扩散,电场强度迅速减小;施加激励电压一定时,随着碟形喷头圆周倾角增大,喷头边沿达到的最大电场强度增大,同时电场强度高的部分向喷头边沿集中,即倾斜角度大的碟形喷头有利于纺丝;纺丝电压一定,随纺丝接收距离增大,碟形喷头边沿的最大电场强度减小;纺丝接收距离一定,随纺丝电压增大,碟形喷头边沿的最大电场强度增大。综合静电纺丝的实际情况采用圆周倾角为60°的碟形喷头进行批量化制备纳米纤维最佳。然后,研究不同纺丝工艺参数对碟形喷头制备的PAN纳米纤维的形貌、直径和产量的影响。本文采用单因素实验,分析工艺参数对纳米纤维形貌、直径和产量的影响,研究发现在其他纺丝条件固定不变的情况下,纳米纤维的平均直径,在溶液质量分数8%~14%范围内,随纺丝溶液质量分数增大而增大,纺丝电压在50 kV~75 kV范围内时,随纺丝电压增大而先增大后减小,纺丝距离在15 cm~20cm范围内时,随纺丝距离增大而减小;纳米纤维的产量,在溶液质量分数8%~14%范围内,随着纺丝溶液中PAN的质量分数的增加而增大,纺丝电压在50 kV~75 kV范围内时,随着纺丝电压的增加而增大,纺丝距离在15 cm~20 cm范围内时,随着纺丝距离的增大而减小。最后采用单因素实验对制备的PAN纳米纤维膜的过滤性能进行讨论。研究发现随着纳米纤维的堆积密度增大,制备的PAN纳米纤维膜的平均孔径减小,过滤效率增加,同时过滤阻力增大。使用??值评价指标综合考虑纳米纤维膜过滤效率和过滤阻力的影响,采用PAN质量分数为10%、纺丝电压为65kV、纺丝距离为17.5cm和纺丝时间为12.5min的纺丝工艺制备的PAN纳米纤维膜的过滤性能最佳。