涡流场中纳米纤维纱受力及纱线结构性能的分析

静电纺中对纳米纤维的形成及应用研究的较多，对纳米纤维纱线的研究较少。本项目采用旋转气流对静电纺纳米纤维进行凝聚和加捻，在不同的条件下得到了不同结构的纳米纤维纱。通过对旋转气流所形成的涡流场及涡流场中纳米纤维纱受力的研究，分析了纳米纤维纱的运动规律，对纱线结构的控制提供了理论依据。同时，对纳米纤维纱的结构和性能随静电纺接受装置的结构尺寸和旋转速度的变化进行了定性分析，对纱线结构的控制提供了试验依据。

经过一段时间特别是近十多年的发展，静电纺丝技术越来越成熟，越来越多的学者和企业对其进行了研究。目前关于静电纺的研究主要集中在以下三个方面：一，静电纺所用原材料的不断扩充-从最初的有机高分子纳米纤维到后来的无机金属氧化物纳米纤维；二，静电纺工艺过程的不断完善。先后出现了多喷头静电纺丝机和无针头静电纺丝机；纳米纤维收集形式经历了纤维杂乱无章堆积排列-纤维取向排列-纳米纤维纱线的变化；三，静电纺纳米纤维材料的用途越来越广泛，包括生物医用材料、过滤材料、复合增强材料、传感器等等。作为目前唯一能够直接、连续制备聚合物纳米纤维的方法，静电纺丝越来越受到人们的关注。. 由静电纺得到的杂乱排列的纳米纤维膜应用受到限制，另外，杂乱排列的纳米纤维膜机械性能差，而若得到其中纳米纤维具有一定取向的纱线，则既可以发挥纳米纤维的优良性能，又可以得到较为理想的机械性能。本项目拟开发出一种新型的制备静电纺纳米纤维纱的装置，在本装置中通过气流控制纤维运动，使最终得到的纳米纤维成束并以纳米纤维纱线的方式收集。同时，本项目将对纳米纤维纱的受力进行初步分析，并进一步考察各工艺参数对纳米纤维纱结构性能的影响，建立各工艺参数与纱线结构之间的关联。. 通过本项目的研究，得到了一种制备静电纺纳米纤维纱线的设备，与典型的静电纺设备相比，该设备用我们自主研发的漏斗式接收装置代替了典型的平板接收装置，该设备适用于多种高分子材料的静电纺丝。通过数值模拟和试验相结合的方法对纳米纤维纱线的形成过程进行了分析，当漏斗式接收装置静止不动时，纳米纤维纱线的形成主要是因为空气在接收装置中流动时形成了假捻点，由于该假捻点的存在得到静电纺纳米纤维纱线，但纳米纤维纱线的捻度并不存在。以聚丙烯腈溶液（PAN）为例，采用如下静电纺参数：溶液浓度12wt%,施加电压12kV, 漏斗式接收装置中气体流量360L/min, 溶液流率为0.005ml/min，纺丝距离为3cm，得到结构疏松的纳米纤维纱线，要想得到结构紧密的纳米纤维纱线，要在静电纺丝也中添加一定量的电解质；保持其它静电纺参数不变，随着纺丝流率的增加，纳米纤维纱中纤维数量逐渐增多，当溶液流率为0.005ml/min，静电纺丝过程稳定。. 该项目的研究内容为扩大静电纺的应用、开发新型材料提供新思路，并取得了创新性的研究成果。