驰豫时间对电纺射流形成及纳米纤维形貌的影响-论文.pdf

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1、高分子通报2013年12月驰豫时间对电纺射流形成及纳米纤维形貌的影响漆东岳，刘延波。一，陈威亚，肖友华(1．天津工业大学纺织学部，天津300387；2．天津工业大学先进纺织复合材料教育部重点实验室，天津300387)摘要：近年来一些学者发现了电纺射流弛豫时间的存在，也部分解释了其形成原因，但并未研究其对电纺纤维形貌的影响；电纺射流弛豫时间与溶液的荷电性质有关，同时电纺纤维形貌与溶液带电性质之间也关系密切，这说明电纺射流弛豫时间与电纺纤维形貌存在重要的联系。本文通过三种不同原理的电纺丝装置对2o质量分数的PVA水溶液进行电纺丝实验，采用高速摄像的方式记录射流的形

2、成过程，并结合所纺纤维的形貌特征对这些电纺丝装置的原理及电纺射流弛豫时间与纤维形貌之间的关系进行了系统分析。结果发现，电纺丝射流出现间歇现象的原因是由于电纺射流弛豫时间的存在，其与泰勒锥表面离子电荷的积聚速度有直接联系，后者又与很多因素有关，例如纺丝溶液所处位置的周边环境、溶液粘度、溶液中的离子浓度、溶液所处位置的电场强度和电压等。电纺射流弛豫时间的存在最终会引起电纺纤维的粗细不匀和纳米纤维材料表面形貌的变化。关键词：电纺射流弛豫时间；离子电荷；双电层；逆向电场；临界电压1引言1．1静电纺丝原理的研究美国科学家A．Formhals在1934年至1943年期间，

3、先后发明了4项关于静电纺丝的专利uJ，开创了人类通过静电纺丝技术规模化制备纳米纤维的先河。1934年Formhals首次提出了可以利用直流、交流、多相电流等进行无针头静电纺丝的方法，之后他又在1940年的专利中提及了采用反向电场的静电纺丝技术，但并没有对此种电纺丝的物理学原理做出合理的解释，且对于其它形式的电流纺丝及反向电场纺丝的描述也只是进行了初步尝试，没有做深入探讨。Theronl5采用经典电纺丝装置进行研究(如图1所示)，提出射流形成的根本原因是阳离子受到了电场力的拉伸作用，并提出了可以通过接收板与接地端之间的电流计算射流中离子电荷浓度，但这种电流测试方

4、式本身并不精确，因为射流在运动的过程中会有电荷损失。Kalayci等通过使用负压直流电源以及感应式电纺丝装置进行静电纺丝实验，认为在使用正压电源时，溶液会带上阳离子电荷，而使用负压电源时，溶液会带上电子电荷，但依然没有说明溶液中电荷的来源，他们观察到在使用感应静电纺丝装置时，射流呈现出间歇性，并认为感应式静电纺丝溶液中的电荷来源是空气的电离。1．2溶液荷电性质对电纺纤维形貌的影响覃小红等卅发现向溶液中添加LiC1，会使电纺丝纤维变细，鞭动区更为剧烈；Llyar等叩通过采用浓度与电导率不同的同种溶剂，溶解同种高聚物，用于电纺丝，发现所得纤维中珠丝的多少与溶剂电导

5、率的大小呈反比关系；而后他们又在溶液中加入了少量TBAB(四丁基溴化铵，季铵盐类阳离子表面活性剂)，用以提高溶液的电导率，在几乎没有改变溶液粘度的情况下，得到了粗细均匀、没有珠丝的电纺纤维；Lee等E“胡通过研究不同溶剂对纤维形貌的影响，发现不同溶剂的介电常数对静电纺有重大影响，收稿：2013—05—19；修回：2013—06—20；基金项目：天津市自然科学基金项目(10JCYBJC03300)；作者简介：漆东岳(1989一)，男，硕士研究生，主要研究方向为静电纺丝机理及其应用；通讯联系人。E—mail：yanboliu@gmail．com．第12期高分子通报

6、·59·[2]FormhalsA．USP2，160，962．1939．6．6．[3]FormhalsA．USP2，187，306．1940．1．16．r4]FormhalsA．USP2，323，025．1943．6．29．【5]TheronSA，ZussmanE，YarinAL．Polymer，2004，45(6)：2017～2O30．[6]KalayciVE。PatraPK，KimYK，UgbolueSC，WarnerSB．Polymer，2005，46(18)：7191～7200[7]IJiN，nXh，YangEl，WangSY．MaterLett，200

7、8，62(8—9)：1345～1348．[8]QinxH，WanYQ，HeJH，ZhangJ，YuJY，WangSY．Polymer，2004，45(18)：6409~6413．[9]QinxH，WangSY，SandraT，LukasD．MaterLett，2005，59(24—25)：3102～3105．【一102UyarT。BesenbacherF．Polymer，2008，49(24)：5336～5343．[11]LeeKH，RyuYJ，KimKW，ChoiSW．Polymer2003，(41)：1256～1262．[12]LeeKH，KimHY，Kh

8、ilMS，RaYM，LeeDR．Pol