解决方案
SOLUTION
静电纺丝实验报告，实验操作步骤
发布时间：
2021-08-05 00:00
1 实验目的
1.1 熟悉静电纺丝的基本原理；
1.2 了解静电纺丝装置的基本构造；
1.3 掌握静电纺丝发生装置的基本操作。
2 实验原理
静电纺丝是一种静电喷射拉伸纺丝技术，基本装置由4个主要部件组成：提供高压静电场力的高压电源、带有喷射针头的注射器、注射泵和接地的接收装置。静电纺丝过程中，注射器内装有聚合物熔体或聚合物溶液等黏弹性流体，喷射针头和接收装置之间施加10~50kV高压静电，注射泵将少量黏弹性流体以一定速率稳定输送到注射器喷射针头，高压静电场在针头和接收装置之间瞬时产生电位差：随着电压的增大，注射器针头处首先形成圆锥状液滴，称作Tay-lor锥：当电压增大到临界值时，聚合物溶液或熔体受到的静电场力足以克服流体表面张力及粘性阻力，从Taylor锥顶端向阴极方向喷出带电射流：带电射流经历不稳定运动和拉伸过程，通过溶剂挥发或熔体固化，直径急剧细化，固化为超细纤维，以螺旋方式随机沉积在接收装置表面。
图1 静电纺丝装置示意图
静电纺丝技术的主要影响参数包括：溶液参数、工艺参数和环境参数（如表2.1所示）。
表2.1 静电纺丝技术主要影响参数
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溶液参数 |
工艺参数 |
环境参数 |
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聚合物溶液浓度 |
外加电压 |
温度 |
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聚合物分子量 |
纺丝距离 |
湿度 |
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溶液粘度 |
纺丝速率 |
压强 |
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电导率 |
针管内径 |
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表面张力 |
收集器类型 |
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影响静电纺纳米纤维结构与性能的主要技术参数包括施加电压、黏弹性流体流动速率、喷射针头和接收装置之间的距离以及溶液或熔体的性质（包括浓度、黏度和表面张力等）。研究表明，随着施加电压和接收距离的增大，纤维直径减小；而随着流体速率和高分子溶液浓度的提高，纤维直径增大。
3 实验步骤
3.1 电纺溶液的配置
称取0.5g的PAN放入具塞三角烧瓶中，再加入8gDMF，磁力搅拌6h使其完全溶解，待用。
3.2装置连接
a.纺丝溶液的转移
将配置好的溶液移入注射器中，连好输液管，再与针头连接，最后将注射器放置于注射泵上。
b.箱体内部环境控制
打开温度调节按钮，调节温度；打开风扇。
c.调试接收装置
打开滚筒电机按钮，通过旋转旋钮调节滚筒转速，并观察是否正常，转速控制在300-2000r/min.
d.调试溶液速率
打开注射泵，调节溶液流速，流速要求在纺丝过程中不能滴液，但也不能过慢，视溶液粘度决定具体流速。
e.开高压
打开右下角高压发生装置开关，按下蓝色按钮，再调整旋钮至所需电压，电压应控制在10-20KV
3.3 相关设备
关闭设备时，与打开顺序相反，依次为：关高压一关注射泵一关滚筒一关风扇一关加热。
3.4 电纺丝收集
收集时避免用手直接接触电纺纳米纤维，以免手上汗液将纤维溶解，应戴手套操作。收集完成后按要求进行观察或保存工作。
静电纺丝装置有三个主要的部件，分别是提供电场的高压电源，注射器和接收装置。静电纺丝模块化装置分别由这三个部件组成，能独立控制三个模块，能进行静电纺丝实验。并且具有性价比高，便捷，占用空间小的特点。
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