严宏军;张峰;林红;陈宇岳
【摘 要】静电纺丝法是制备纳米纤维最重要的途径之一.近年来国内开始了对多喷头静电纺丝性能的研究,但对其电场理论的研究却很少.本文拟以ANSYS有限元分析软件分析双喷头系统两喷丝管的局部电场,以便研究双喷头系统的纺丝过程及其不稳定性,为静电纺丝多喷头的设计及其产业化的应用提供理论依据.1实验1.1材料与仪器试剂:聚氨酯(PU,韩国采购,化学纯),丙酮(中国上海试剂总厂,分析纯),DMAc(上海凌峰化学试剂有限公司,分析纯). 在公交车上释放【期刊名称】《纺织导报》滚筒式混凝土搅拌机
【年(卷),期】2012(000)001
【总页数】3页(P97-99)
【作 者】人脸识别考勤严宏军;张峰;林红;陈宇岳
【作者单位】苏州大学纺织与服装工程学院;沙洲工学院纺织工程系;苏州大学纺织与服装工
程学院;苏州大学纺织与服装工程学院
【正文语种】中 文
本文用有限元法（FEM）研究了双喷头系统两喷丝管不同间距对喷丝口处最大电场强度的影响，并与单喷头系统进行了比较。研究表明，由于其它喷丝管的引入，两喷头系统喷丝口处的局部电场明显减弱；在一定范围内，随着两喷丝管间距的增大，电场强度并没有明显的变化趋势。实验结果显示，相同条件下双喷头系统的纺丝效果优于单喷头系统；双喷头系统喷丝管间距与纺出的纤维状态有一定的关联。水性涂料分散剂
The impact of the spacing of two nozzles on the maximum electric feld strength at the tip of the nozzles in 2-nozzle arrangement was investigated via fnite element method (FEM), and the results were compared with single-nozzle system. It can be seen that the maximum electric feld of 2-nozzle arrangement has been signifcantly weakened due to the infuence of another needle in the arrangement, and the feld varied very little as a function of needle spacing for the range used in this study. Experimental results showed that the 2-nozzle electrospinning head performed much better than single-nozzle system,
and the spacing of two nozzles had some relationship with the diameter and discrete distribution of the spun fber.
静电纺丝法是制备纳米纤维最重要的途径之一。近年来国内开始了对多喷头静电纺丝性能的研究，但对其电场理论的研究却很少。本文拟以ANSYS有限元分析软件分析双喷头系统两喷丝管的局部电场，以便研究双喷头系统的纺丝过程及其不稳定性，为静电纺丝多喷头的设计及其产业化的应用提供理论依据。
1.1 材料与仪器
试剂：聚氨酯（PU，韩国采购，化学纯），丙酮（中国上海试剂总厂，分析纯），DMAc（上海凌峰化学试剂有限公司，分析纯）。
仪器：高压静电发生器（DW-P503-4AC型，天津市东文高压电源厂），自制金属平板收集装置（张家港耐尔纳米科技有限公司），自制金属屏蔽网（张家港耐尔纳米科技有限公司），电子天平（Atartorius BS224S型，北京赛多利斯仪器系统有限公司），恒温磁力搅拌器（85-2型，上海司乐仪器厂），扫描电子显微镜（S-4700型，日本日立公司）。
1.2 实验方法
溶液配制：将一定量的PU溶于DMAc与丙酮的混合溶剂（体积比3∶1）中，用恒温磁力搅拌器在35 ℃下搅拌至完全溶解，然后经超声处理 5 min，最后再磁力搅拌12 h，得到质量分数为22%的均匀PU纺丝液。
实验方案：取喷丝管间距为10 ～ 50 mm，步距10 mm。高压电源正极接两根导线分别插入两个装有相同剂量纺丝液的注射器中，注射器通过自制喷丝板固定，控制喷丝管与负极板间距为200 mm，调节电源电压至12 kV进行纺丝。
1.3 测试方法
1.3.1 纤维形貌分析
用日本日立公司S-4700型扫描电镜（SEM）观察其形貌，放大倍率为3 000。
1.3.2 纤维直径测试方法
用Photoshop将电镜照片分为 9 部分，每部分取15 根纤维，共取135 根纤维。用度量工具I
mage-Pro Plus测其直径，对比电镜照片标准尺度即可获得纤维的实际直径，根据所得数据计算纤维直径的平均值及标准方差。
2.1 模型建立
为模拟喷丝管和负极金属板间形成的电场分布，本文把模型简化为 3 个部分：金属喷丝管、负极金属板和屏蔽网（图 1），并忽略纺丝过程中带电纳米纤维所带电荷对整个电场分布的影响。由于纳米纤维在静电场中的实际运动情况非常复杂，不可能实现完全按实际情况进行准确的电场模拟与分析，因此本文拟采用传统的线性方法对静电纺丝的工作电场进行有限元分析，确定由外加电压所产生的电场分布。本文仅以喷丝管口处的最大电场进行分析。
2.2 参数设置
实验模拟采用的是参数化建模。为达到良好的仿真效果，这里首先选用试验中的典型试验数据来确定模型的尺寸，包括单元选择、实验装置参数以及影响纤维性能的条件参数。表 1给出了上述模型参数的典型数据。
2.3 网格划分
在网格划分时可选用智能网格划分法。如果没有定义任何形式的网格份数，在初始网格划分时将使用缺省的网格大小。
2.4 加载求解
在加载边界条件时，可选择加载电荷密度或施加电压，考虑到实验中无法计算出精确的电荷密度，故仅需在喷丝管上施加12 kV电压，负极板和屏蔽网施加 0 V（接地）即可。
3.1 单喷头与双喷头系统喷丝管处局部电场比较
图 2显示了单喷头和双喷头系统喷丝管处局部电场分布，如图中箭头所示。虽然整体上电场分布相似，但局部电场存在明显的区别。比如在实验参数（喷丝管与负极板间距200 mm，负极板宽度400 mm，屏蔽网宽度1 200 mm，喷丝管电压12 kV，负极板电压 0 V，屏蔽网电压 0 V）下，单喷头的局部电场强度为6.7×105 V/m；而在同样的纺丝条件下，双喷头系统的单个喷丝管口处的最大电场强度为4.5×105 V/ m，相比单喷头系统有了明显降低。从图 2 也可以看出，双喷头系统中喷丝管处的电场线比单喷头系统中喷丝管处的电场
线有序性降低，这是最大电场强度随着喷丝管数目的增加而减弱的原因。
卡片式u盘
3.2 双喷头系统不同喷丝管间距对电势的影响
图 3为喷丝管间距分别为10 mm和50 mm的电势图。整体上电势分布并没有因为喷丝管间距的变大而有太大的影响。但从电势线与负极板MN的接触边界可以看出，电势向外有所扩张，相同距离内整体电势下降变慢，电场下降也变慢。另一方面，由于MN处于电场减弱和消失的过程中，而喷丝管间距越大，电势扩张范围越大，但喷丝管与负极板间距一定，故引起靠近负极板上方电场线下降梯度变化增大。
3.3 双喷头系统不同喷丝管间距对电场的影响
图 4为单喷头及双喷头系统随喷丝管间距的增大喷丝口处最大电场的变化趋势。从图 4可以看出，尽管从单喷丝管到双喷丝管排布时电场下降明显，但双喷头系统两喷丝管口处最大电场强度并没有随着喷丝管间距的增大而有明显的变化趋势。其小幅波动是综合两喷丝管间距的增加及喷丝管与负极板边缘、屏蔽网距离的变化共同引起的，而数值的增加是由于网格智能划分引起的。因为采用智能划分时，并不能保证所显示的最大电场强度都严格
在喷丝口下相同距离计算得出，在30、40、50 mm这 3 个间距时可能显示了相对更接近喷丝口的节点的电场强度值，但产生的小幅误差均在误差范围之内，并不影响实验结论。
豫公网安备41160202000603
站长QQ:729038198
关于我们
投诉建议