基于多功能静电纺丝机的实验研究

2019-04-26王俊清

中国金属通报 2019年12期

王俊清

（太原工业学院，山西太原 030008）

静电纺丝从20世纪30年代被提出后已经经过了几十年的发展，从最初的默默无闻发展到现在的被广泛利用，静电纺丝技术具有很广的应用价值和研究意义。目前静电纺丝技术的发展多数是在实验室里完成的，而市场上缺少能够集成多种功能的静电纺丝设备，从而在一定程度上就限制了其发展速度。本文在这样的技术背景下研制出一套多功能的静电纺丝机并对其进行试验分析[1]。

1 实验系统的建立

1.1 静电纺丝溶液的配制

本静电纺丝试验所需要的溶液为聚偏氟乙烯（Polyvinylidenef l uoride,PVDF）溶液，此溶液即将丙酮与二甲基甲酰胺（Dimethylformamide,DMF）按照体积比为1：1进行配制，PVDF粉末作为此溶液的溶质，使得PVDF的质量分数达到10%，将配制好的溶液置于磁力搅拌机上搅拌至少20h，之后将溶液置于常温5h以上备用。

1.2 实验平台的搭建

多功能静电纺丝机为本实验的主要设备，所选择的喷头内径是0.21mm，高压电源的正负极分别于喷头针头和收集板的接地柱相接，调整收集板和喷头针头的垂直距离为5mm。调整供液电机使得供液速度为360μL/h，将高压电源调为2kV，溶液在喷头处逐渐变成锥形，进而出现稳定的射流，接着就可以用收集板来收集纳米纤维[2]。

2 结果分析

2.1 纤维线宽受喷头移动速度的影响

在实验中，喷头移动速度设置不同梯度，依次为100cm/min、200cm/min、300cm/min和400cm/min。图1所示为得到的纳米纤维沉积形貌，图2所示为纤维线宽受喷头移动速度的影响，由图1可得，在其他条件一样时，纤维线宽随着喷头移动速度的增大而减小，由图2可知纤维线宽随着喷头移动速度的增大由11.31μm下降到8.01μm。实验分析得出随着喷头移动速度的增加，会使单位面积收集板在一定时间内沉积的溶液减少，从而降低纤维线宽。

图1 不同喷头移动速度下沉积的纤维

图2 喷头移动速度对纤维线宽的影响

2.2 纤维线宽受喷头高度的影响

在本次实验中，喷头的高度分别为1mm、2mm、4mm、6mm。由静电纺丝原理可知，喷头距离收集板的距离越远所需最小启动电压越大，为了研究纤维线宽只受喷头高度的影响效果本文选择不同喷头高度所对应的启动电压作为实验电压，下表1列出了各喷头高度对应的启动电压。图3所示为得到的纳米纤维沉积形貌，图4所示为纤维线宽受喷头高度的影响，由图3可得，在其他条件一样时，纤维线宽随着喷头高度的增大而减小，由图2可知纤维线宽随着喷头高度的增大由12.37μm下降到5.19μm。实验分析得出较大的喷头高度会使得射流受到较长时间的拉伸，进而纤维线宽变小[3]。