变参数下静电纺纳米纤维形成过程的基础研究

随着静电纺丝的快速发展，如何控制纺丝拉伸工艺越来越重要。尤其是建立纺丝完整的拉伸模型。静电纺丝是采用电场拉伸带电聚合物或熔体的一种方法起源于二十世纪三十年代，纺制的纤维大概在100纳米左右。在静电纺丝过程中，由于多个复合力的作用让纤维从泰勒锥拔出，产生完全不稳定性，前期关于射流形态、锥状表面，射流路径的稳定性等已经建立了相关模型，模型体现了关于表面张力和粘滞力的作用。对于射流半径沿轴向变化率已经有常规模型，但是几乎没有不同阶段多参数射流半径沿轴向变化率模型。前人已经建立了一些模型关于稳定性静电纺纳米纤维在参数改变时其纺丝过程中的形态、稳定性、直径等都将发生改变，是一个相当复杂的过程。很多文献对其形成过程进行了基础研究。但所有这些研究要么局限于简单的模型（等温、不可压、简单流变模型等），要么借助于简化的实验模型（如仅研究纳米纤维弯曲不稳定性发生之前的区域），所以在前人的基础我们还可以做很多工作。 本研究从麦克斯韦的电场流体方程、N-S方程和流体本构方程出发，充分考虑各参数（溶液性质、工艺参数和环境条件）的作用，建立纤维直径与纤维运动距离在不同参数下的标度率模型。同时，在此基础上，量化参数，构建三阶段射流/电场两相流模型，并采用POLYFLOW 和FLUENT进行数值模拟，对纳米纤维的成丝过程进行研究、预测，对纳米纤维的结构进行优化，结果应用于静电纺丝参数优化，预测产品的性能，形成设计加工了有自主产权的先进设备的能力，并且为发展新型静电纺工艺奠定理论基础。