[发明专利]基于可控复杂电场的静电纺丝实验方法

说明书

基于可控复杂电场的静电纺丝实验方法，属于电纺纤维实验领域，为了解决提高静电纺丝的效率的问题，在纺丝工艺过程中，根据不同工艺要求，调节驱动电机转速大小，从而调节电场转速以及电纺喷头转速；在进行纺丝工艺时，根据工艺要求选择电纺喷头位置及角度，极板固定杆由经过阳极氧化处理的铝镁合金材料制成，经过阳极氧化处理的铝镁合金表面形成一层氧化膜，在极板通入直流电时做绝缘体，效果是喷射流受到一个促使其旋转的作用力，喷射流仍然围绕着喷丝口的轴线做旋转运动。

技术领域

本发明属于电纺纤维实验领域，涉及一种基于可控复杂电场的静电纺丝实验装置。

背景技术

近几年来，纳米材料的研究成为一个热点问题，通过静电纺丝技术制备纳米纤维材料是近十几年来世界材料科学技术领域的最重要的学术与技术活动之一，国内外针对静电纺丝技术开展了深入的研究。与传统的分离与拉伸方式相比，静电纺丝以其制造装置简单、纺丝成本低廉、可纺物质种类繁多、工艺可控、在纳米纤维的提取上具有更为明显的有效性等优点，已成为有效制备纳米纤维材料的主要途径之一。静电纺丝的形成过程为：在聚合物溶液上加以足够大的高压静电，使聚合物滴液在与材料表面接触的时候能够产生喷射流。这些细流经过拉伸细化，与此同时经过弯曲、固化过程，沉积在物体表面形成纳米纤维膜。在静电纺丝工艺中，影响静电纺丝纤维形貌和性质的工艺变量主要为聚合物溶液的流体特性、纺丝工艺参数以及环境参数三个方面，聚合物溶液的流体特性主要为溶液的相对分子质量、相对分子质量分布、聚合物溶液的粘性、电导率、表面张力等特性参数；纺丝工艺参数主要为高分子溶液浓度、静电纺丝流体的流动速率、电场以及电场强度、毛细喷丝口与收集板之间的距离、收集板状态；环境参数主要为纺丝加工环境的温度和空气流动速度等，上述参数对静电纺丝工艺过程都起着决定性作用。电纺纤维批量化生产技术是未来静电纺丝技术研究的一个重要方向，国内外研究者纷纷对静电纺丝装置进行了改进研究，以期提高电纺纤维的产量。其中，同时利用多个喷嘴进行静电纺丝成为一个研究热点，有多股喷射流同时从不同的喷丝口喷射出来，落到同一个收集板。由于喷射流自身所具有非稳定摆动特性，导致喷射流之间会产生影响，每股喷射流之间互相交错，收集到的纤维分布具有任意性。

发明内容

为了解决提高静电纺丝的效率的问题，本发明提出如下技术方案：一种基于可控复杂电场的静电纺丝实验方法，电纺喷头上端置于电纺喷头转动杆凹槽内，并可在凹槽内平稳滑动，中间部分由伸缩杆固定于电纺喷头转动杆底面，该伸缩杆用于调节电纺喷头与电纺喷头转动杆底面角度，在纺丝工艺过程中，根据不同工艺要求，调节驱动电机转速大小，从而调节电场转速以及电纺喷头转速；在进行纺丝工艺时，根据工艺要求选择电纺喷头位置及角度，极板固定杆由经过阳极氧化处理的铝镁合金材料制成，经过阳极氧化处理的铝镁合金表面形成一层氧化膜，在极板通入直流电时做绝缘体，极板固定杆一端接有滑轮组置于双扇形圆轨外层凹槽内，由电机带动滑轮组滑行，双极板为伸缩式结构，在通入直流电源时，用于调节电场空间的大小。

进一步的，在纺丝工艺开始前，根据电纺纤维材质的特点、喷射要求以及工艺要求选择驱动电机是否工作，并调节极板固定杆以及电纺喷头角度、位置，选择合适的电场空间大小，调节极板高度，并使两个极板高度相同，确保所形成的电场均匀稳定，如两电纺喷头所放有不同电性电荷的溶液，两喷头应呈对放状态，将距正电荷较近的极板通入正电源，距负电荷较近的极板通入负电源，通入电源的两极板之间会产生均匀分布的空间电场，喷射流经过电场落到收集板。

有益效果：该装置通过电场控制的静电纺丝过程，来控制喷射流的运动过程，电场的分布直接对纺丝过程的控制效果产生影响。在静电纺丝过程开始之前，调节两电纺喷头之间的距离以及两喷头和电纺喷头转动杆间的角度。以两电纺喷头所放有不同电性电荷的溶液为例，两喷头之间应呈对放状态，将距正电荷较近的极板通入正电源，距负电荷较近的极板通入负电源，通入电源的两极板之间会产生均匀分布的空间电场，喷射流经过电场落到收集板；如两种溶液所带电荷相同，两喷头之间呈竖直状态，两个极板都应通入负电源，与传统的静电纺丝过程相比，引入电场的静电纺丝过程中电场对双喷射流作用，喷射流的运动行为及微观形态都会有所改变，主要为以下几个方面：