离子浓度对电纺纤维沉积形态及表面形貌的影响-论文.pdf

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1、第3期高分子学报NO．32014年3月ACTAPOLYMERICASINICAMar．．2014离子浓度对电纺纤维沉积形态及表面形貌的影响漆东岳刘延波陈威亚肖友华(’天津工业大学纺织学部天津300387)(天津工业大学教育部先进纺织复合材料重点实验室天津300387)摘要通过采用传统电纺丝装置(接收板接地或连接负压电源)、逆向电场及非接触式电纺丝装置等4种不同的电纺丝装置，在相同电压、接收距离、纺针直径、温湿度条件下，对20％的聚乙烯醇溶液进行电纺丝实验，观察不同装置中制得的纤维的沉积形态与形貌．还采用ANSYS有限元模拟对电纺丝装置的场强分布进行分

2、析，并引入电化学理论解释了采用不同电纺装置时离子浓度的不同对所得电纺纤维形貌的影响，分析了产生差异的原因．关键词静电纺丝。离子浓度，非接触式电纺丝，电化学，双电层美国科学家Formhals在1934～1943年期间，电纺丝纤维变细，鞭动区更为剧烈，这说明向电纺先后发明了4项关于静电纺丝的专利”“，并于丝溶液中添加离子，可以改变纺丝液的带电性能，1934年首次提出了可以利用直流、交流、多相电从而控制射流的状态，但并未从本质上说明原因．流等进行无针头静电纺丝的方法；此后他又在Kalayci¨等通过使用负压直流电源以及非接触1940年的专利中提及了采用逆向

3、电场的静电纺式电纺丝装置进行静电纺丝实验，认为在使用正丝技术，但他并没有对此种电纺丝的物理学原理压电源时，溶液会带上阳离子电荷；使用负压电源做出合理的解释，且对于其它形式的电流及逆向时，溶液会带上电子电荷，但依然没有说明溶液中电场纺丝的描述也只是一笔带过．Kessick和电荷的来源，他们观察到在使用感应静电纺丝装Yeo等。。在研究过程中也发现交流电可以用于静置时，射流呈现出间歇性，并认为非接触式静电纺电纺丝，但并没有就其原理进行分析．在之后的研丝溶液中的电荷来源是空气的电离．Uyar在溶究中，交流及多相电流纺丝并没有引起学者们的液中加入了少量TBAB

4、(四丁基溴化铵)，用以提足够关注，而采用正向电场的传统针头式静电纺高溶液的电导率，在几乎没有改变溶液黏度的情丝则得到了广泛而深入的研究．况下，得到了粗细均匀，没有珠丝的电纺纤维；Theron采用经典电纺丝装置进行研究，提Lee¨等通过研究不同溶剂对纤维形貌的影出射流形成的根本原因是阳离子受到的电场力拉响，发现不同溶剂的介电常数对静电纺有重大影伸作用，并提出了可以通过接收板与接地端之间响，如加入介电常数相对其他有机溶剂较大的Ⅳ，的电流计算射流中离子电荷浓度；Thompson通Ⅳ二甲基甲酰胺(DMF)，可以改善纤维形态．这过研究传统静电纺丝装置中l3个参

5、数对纤维细些发现均说明电纺丝纤维的形貌与溶液的带电性度的影响，建立了关于电纺纤维直径的模型，并认质有极其紧密的关系．为初始射流直径、溶液浓度、接收距离、黏度、黏弹本文通过改变经典电纺装置，如逆向电场、非弛豫时间是最重要的影响因素，电压次之，纺丝环接触式静电纺丝装置等，采用20％的聚乙烯醇境温湿度更次之，但这个模型中并没有考虑溶液(PVA)溶液，在相同的电压绝对值条件下进行电是如何带上离子电荷的．纺丝实验，并结合ANSYS模拟，从电化学角度讨覃小红等川发现向溶液中添加LiC1，会使论溶液的带电方式，分析了电纺丝装置中电场设2013-06-28收稿，20

6、13-o9．30修稿；国家自然科学基金(基金号51373121)资助项目通讯联系人，Email：yanboliu@gmail．tomdoi：10．3724／SP．J．1105．2014．1322229330O高分子学报234567892014正m¨nM分布及其形貌与电纺丝过程中溶液分子的电离速射流中的离子浓度与溶液所处的环境有直接联度有紧密联系：当溶液分子的电离速度远大于射系，当溶液直接受到电源作用时，射流所带离子浓流带走离子电荷的速度时，射流中的离子浓度将度较高，当溶液仅受到电场作用时，射流所带离子保持恒定，但高于正常纺丝所需，带出过多的溶浓度较低

7、；(2)在相同的电压绝对值条件下，将电剂，在所纺纤维上形成溶剂残留，影响纤维形貌；源电压施加在接收板上，可以得到与传统的静电当溶液分子的电离速度接近射流带走离子电荷的纺丝装置相同的电场分布及场强，且同样可以得速度时，射流中的离子浓度变化较小，溶液受到的到形态良好的纳微米级电纺丝纤维；(3)由于针电场力拉伸作用几乎不变，所纺纤维直径分布均头与溶液之间双电层的相间电位差不同，相对于匀，且没有溶剂残留．传统的静电纺丝装置，接收板加压式的电纺丝装置，需要更高的电压，形成更强的电场才能得到与3结论传统电纺丝装置所纺纤维相似的效果；(4)在电本文应用电化学的双电

8、层理论对静电纺丝过纺丝过程中，当施加的电压绝对值过高时，溶液分程中纺丝液的离子浓度与电纺纤维沉积形态及表子的