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静电纺纱的原理
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静电纺纱的原理

  • 来源:原创
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  • 日期:2021-08-02 11:37

【概要描述】

静电纺纱的原理

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  • 分类:解决方案
  • 作者:轻子纳米科技
  • 来源:原创
  • 发布时间:2021-08-02 11:37
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世界上最早的静电纺纱机出现在1971年的国际纺织机械展览会,它是由美国电纺公司制造的一台20锭样机。从此之后,世界各国开始重视对静电纺纱的研究。中国的静电纺纱研究最早可以追溯于1958年,1980年出现最早的静电纺纱机。

图1 静电纺纱原理

 

棉条经刺辊开松为单纤维,利用气流把单纤维吸走,通过输棉管送入静电场。在高压静电场的作用下,由于极化和电离作用使纤维两端呈现相反的电荷,产生静电力F。沿AB轴线的分力使纤维伸直,并沿轴线分力较大的一方移动;垂直于轴线方向的分力使纤维转动按电力线方向排列,并向电场中心移动,凝聚成自由端须条;由于电晕放电使纤维某一种电荷产生静电力作用在纤维的重心上,它将使纤维沿电力线方向异性电极运动。F的数值较小,未在图中表示。凝聚在电场中心线上的自由端须条经过加拈器加拈成纱,然后由引纱罗拉引出直接卷绕成为筒子。

在静电纺纱工艺流程中,纤维开松方式一般分为两种,一类以罗拉牵伸作为开松机构,纤维的输送和凝聚利用静电场的作用;另一类以刺辊作为开松机构,利用气流输送纤维,而纤维的凝聚则利用静电场的作用。

而共轭静电纺丝和水浴收集静电纺丝属于静电纺纱技术中的两种。

共轭静电纺丝:将两种纺丝溶液同时进行静电纺丝,并沉积在收集器上以形成复合纤维膜。通过共轭静电纺丝,性质不同的聚合物和药物可以结合至同一复合膜中,从而有助于提高膜材料的机械强度、亲水性和生物活性。

水浴收集静电纺丝:为获得定向纳米纱线,一方面可以采用静态水浴接收装置来收集电纺纳米纤维。该方法将传统接地装置改为接地水浴系统,如图2a:圆形的玻璃水槽底部放入一片金属圆盘,加入蒸馏水浸没金属盘后用导线将金属盘接地。纺丝时,纤维沉积于水面,呈杂乱无序堆积,用玻璃棒将纤维拉到玻璃皿边缘;然后用线速度为0.05 m/s的转辊进行收集,纺出的纳米纤维被有序地收集到转辊上,以纱线形态存在。该装置构造简单,可得到连续且具有一定取向的纳米纤维纱,但收集速度慢,且仅适用尼龙等疏水性高聚物。另一方面可以使用一种动态水浴接收装置,如图2b所示。该装置有上下两个水槽,并以导管连接使之循环。收集时,上水槽注水并插入导线,将水槽中多余电荷导出,纤维喷射到上水槽中,开启导管使上水槽底部形成漩涡,纤维被涡流牵伸带出,汇聚成纳米纤维纱线,并卷绕在旋转的滚筒上。该装置虽较静态水浴复杂,但对纤维具有很好的拉伸牵引效果,且其收集速度更快,能够得到连续且取向较高纳米纤维纱。

图2 水浴收集静电纺丝

 

共轭电纺设备E05-004可对两种纺丝溶液进行静电纺丝,制备复合纤维膜。配备双层同轴喷头,也可切换单针喷头;双高压电源;带有单独控制的注射泵供液系统和有效宽幅200mm的收集滚筒。

图3 共轭静电纺丝机E05-004

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