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本文根据静电物理学原理,设计了一种共轭电纺系统。共轭电纺过程是将两个相对放置的喷丝头带上相反极性的高电压,同时进行静电纺丝,从两个喷丝头射出的溶液经电纺得到带相反电荷的纳米纤维,它们相互吸引,并在空中抱合在一起,将抱合在一起的纳米纤维牵引出来并卷绕,得到了取向纤维连续长纱。论文对共轭电纺动态过程进行了初步的研究,采用高速摄影的方法捕捉到电纺过程中射流的快速鞭动过程图像,共轭电纺过程中带相反电荷纳米纤维相互吸引、碰撞、抱合形成连续长纱过程的图像。证明连续长纱是由带相反电荷的纳米纤维相互抱合形成的。采用共轭电纺系统,制备出了几种模型高分子纤维连续长纱。
以二氯甲烷和N,N-二甲基甲酰胺为溶剂,研究聚己内酯(PCL)共轭电纺工艺过程,分析了混合溶剂配比、溶液浓度、溶液流速、电压、接收距离等因素对纤维连续长纱形貌的影响,并测量了PCL连续纤维长纱的力学性质。结果表明,二氯甲烷/DMF体积比为2:1的混合体系为溶剂比单纯用二氯甲烷作溶剂配制PCL纺丝溶液电纺形成的纤维形貌清晰,直径分布均匀,取向性好。纺丝溶液浓度对电纺纤维形貌有很影响,电纺纤维直径随纺丝溶液浓度的增大而增大。纤维直径随溶液流速的增大而增大,改变电压和接收距离也对纤维的形貌有较大影响。溶剂配比为二氯甲烷/DMF体积比=2:1,溶液浓度为12wt%,溶液流速为6ml/h,电压为±10KV,接收距离为25cm工艺条件下,制备出了有着良好形貌和取向的PCL连续纤维长纱,并且有一定的力学性能,这种长纱有望通过编织复合、功能化可以制成各种结构材料、复合材料以及特殊功能材料,在生物医学、航空航天、环境、微电子等领域有广泛的应用前景。
在共轭电纺系统的基础上,设计制造了一种制备高强力复合纳米纤维长纱的系统。以蚕丝为芯材,以胶原和聚乳酸为皮层,制备出皮包芯结构的高强力复合纳米纤维长纱,所制备的复合纳米纤维长纱,既具有纳米纤维的高比表面积等优点,又具有芯材长丝的优异力学性能,有望在组织工程支架和药物释放等领域有着重要的应用。