基于多功能靜電紡絲機的實驗研究

王俊清

（太原工業學院，山西 太原 030008）

靜電紡絲從20世紀30年代被提出后已經經過了幾十年的發展，從最初的默默無聞發展到現在的被廣泛利用，靜電紡絲技術具有很廣的應用價值和研究意義。目前靜電紡絲技術的發展多數是在實驗室里完成的，而市場上缺少能夠集成多種功能的靜電紡絲設備，從而在一定程度上就限制了其發展速度。本文在這樣的技術背景下研制出一套多功能的靜電紡絲機并對其進行試驗分析[1]。

1 實驗系統的建立

1.1 靜電紡絲溶液的配制

本靜電紡絲試驗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進行配制，PVDF粉末作為此溶液的溶質，使得PVDF的質量分數達到10%，將配制好的溶液置于磁力攪拌機上攪拌至少20h，之后將溶液置于常溫5h以上備用。

1.2 實驗平臺的搭建

多功能靜電紡絲機為本實驗的主要設備，所選擇的噴頭內徑是0.21mm，高壓電源的正負極分別于噴頭針頭和收集板的接地柱相接，調整收集板和噴頭針頭的垂直距離為5mm。調整供液電機使得供液速度為360μL/h，將高壓電源調為2kV，溶液在噴頭處逐漸變成錐形，進而出現穩定的射流，接著就可以用收集板來收集納米纖維[2]。

2 結果分析

2.1 纖維線寬受噴頭移動速度的影響

在實驗中，噴頭移動速度設置不同梯度，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速度的影響，由圖1可得，在其他條件一樣時，纖維線寬隨著噴頭移動速度的增大而減小，由圖2可知纖維線寬隨著噴頭移動速度的增大由11.31μm下降到8.01μm。實驗分析得出隨著噴頭移動速度的增加，會使單位面積收集板在一定時間內沉積的溶液減少，從而降低纖維線寬。

圖1 不同噴頭移動速度下沉積的纖維

圖2 噴頭移動速度對纖維線寬的影響

2.2 纖維線寬受噴頭高度的影響

在本次實驗中，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所需最小啟動電壓越大，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應的啟動電壓作為實驗電壓，下表1列出了各噴頭高度對應的啟動電壓。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，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。實驗分析得出較大的噴頭高度會使得射流受到較長時間的拉伸，進而纖維線寬變小[3]。

表1 噴頭不同高度所對應的啟動電壓

圖3 不同噴頭高度下沉積的纖維

3 結論

本文研究發現纖維線寬隨著噴頭移動速度的增加而減小，隨著噴頭高度的增加同樣會減小，故欲得到較細的纖維，在一定范圍內需取較大的噴頭移動速度和噴頭高度[4-6]。

圖4 噴頭高度對纖維線寬的影響