王俊清

（太原工業(yè)學(xué)院，山西 太原 030008）

靜電紡絲從20世紀(jì)30年代被提出后已經(jīng)經(jīng)過(guò)了幾十年的發(fā)展，從最初的默默無(wú)聞發(fā)展到現(xiàn)在的被廣泛利用，靜電紡絲技術(shù)具有很廣的應(yīng)用價(jià)值和研究意義。目前靜電紡絲技術(shù)的發(fā)展多數(shù)是在實(shí)驗(yàn)室里完成的，而市場(chǎng)上缺少能夠集成多種功能的靜電紡絲設(shè)備，從而在一定程度上就限制了其發(fā)展速度。本文在這樣的技術(shù)背景下研制出一套多功能的靜電紡絲機(jī)并對(duì)其進(jìn)行試驗(yàn)分析[1]。

1 實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的建立

1.1 靜電紡絲溶液的配制

本靜電紡絲試驗(yàn)所需要的溶液為聚偏氟乙烯（Polyvinylidenef l uoride,PVDF）溶液，此溶液即將丙酮與二甲基甲酰胺（Dimethylformamide,DMF）按照體積比為1：1進(jìn)行配制，PVDF粉末作為此溶液的溶質(zhì)，使得PVDF的質(zhì)量分?jǐn)?shù)達(dá)到10%，將配制好的溶液置于磁力攪拌機(jī)上攪拌至少20h，之后將溶液置于常溫5h以上備用。

1.2 實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的搭建

多功能靜電紡絲機(jī)為本實(shí)驗(yàn)的主要設(shè)備，所選擇的噴頭內(nèi)徑是0.21mm，高壓電源的正負(fù)極分別于噴頭針頭和收集板的接地柱相接，調(diào)整收集板和噴頭針頭的垂直距離為5mm。調(diào)整供液電機(jī)使得供液速度為360μL/h，將高壓電源調(diào)為2kV，溶液在噴頭處逐漸變成錐形，進(jìn)而出現(xiàn)穩(wěn)定的射流，接著就可以用收集板來(lái)收集納米纖維[2]。

2 結(jié)果分析

2.1 纖維線寬受噴頭移動(dòng)速度的影響

在實(shí)驗(yàn)中，噴頭移動(dòng)速度設(shè)置不同梯度，依次為100cm/min、200cm/min、300cm/min和400cm/min。圖1所示為得到的納米纖維沉積形貌，圖2所示為纖維線寬受噴頭移動(dòng)速度的影響，由圖1可得，在其他條件一樣時(shí)，纖維線寬隨著噴頭移動(dòng)速度的增大而減小，由圖2可知纖維線寬隨著噴頭移動(dòng)速度的增大由11.31μm下降到8.01μm。實(shí)驗(yàn)分析得出隨著噴頭移動(dòng)速度的增加，會(huì)使單位面積收集板在一定時(shí)間內(nèi)沉積的溶液減少，從而降低纖維線寬。

圖1 不同噴頭移動(dòng)速度下沉積的纖維

圖2 噴頭移動(dòng)速度對(duì)纖維線寬的影響

2.2 纖維線寬受噴頭高度的影響

在本次實(shí)驗(yàn)中，噴頭的高度分別為1mm、2mm、4mm、6mm。由靜電紡絲原理可知，噴頭距離收集板的距離越遠(yuǎn)所需最小啟動(dòng)電壓越大，為了研究纖維線寬只受噴頭高度的影響效果本文選擇不同噴頭高度所對(duì)應(yīng)的啟動(dòng)電壓作為實(shí)驗(yàn)電壓，下表1列出了各噴頭高度對(duì)應(yīng)的啟動(dòng)電壓。圖3所示為得到的納米纖維沉積形貌，圖4所示為纖維線寬受噴頭高度的影響，由圖3可得，在其他條件一樣時(shí)，纖維線寬隨著噴頭高度的增大而減小，由圖2可知纖維線寬隨著噴頭高度的增大由12.37μm下降到5.19μm。實(shí)驗(yàn)分析得出較大的噴頭高度會(huì)使得射流受到較長(zhǎng)時(shí)間的拉伸，進(jìn)而纖維線寬變小[3]。

表1 噴頭不同高度所對(duì)應(yīng)的啟動(dòng)電壓

圖3 不同噴頭高度下沉積的纖維

3 結(jié)論

本文研究發(fā)現(xiàn)纖維線寬隨著噴頭移動(dòng)速度的增加而減小，隨著噴頭高度的增加同樣會(huì)減小，故欲得到較細(xì)的纖維，在一定范圍內(nèi)需取較大的噴頭移動(dòng)速度和噴頭高度[4-6]。

圖4 噴頭高度對(duì)纖維線寬的影響