同轴静电纺丝的原理

同轴静电纺丝的基本原理：在电纺过程中两种溶液在毛细管口处汇合时间较短,且两种溶液的扩散系数较低,因此两种纺丝液在固化前不会混合。对内外层液体施加高压电场,内层溶液的电荷逐渐迁移到外层溶液表面。随着电压升高,电场力变大,外层溶液表面的电荷量逐渐増加;当电荷聚集到一定程度,电荷的排斥力増大,外层溶液被拖拽并拉伸,在纺丝喷头处形成复合泰勒锥,继而从泰勒锥体拉伸出由壳层包被着核层聚合物的同轴复合结枃;复合泰勒锥被进一步牵伸成芯壳结构喷射细流,在拉伸的过程中经过强烈的鞭动、弯曲变形。随着溶剂在细流牵伸过程中快速挥发和喷射流的逐渐细化,最终在接收装置上收集到复合结枃的超细纤维膜。

在纺丝过程中,泰勒锥外层液体对内层液体的稳定机理如下:

(1)用粘弹性液体介质取代外层液体(当普通电纺中为空气)。当外层液体被进一步作为壳拉伸时,壳液体的拉伸给予了界面更大的弹性,从而实现进一步稳定内层液体的作用。

同轴静电纺丝的技术特点如下: 在同轴电纺过程中,外层溶液受到电场力的拉伸,而内层溶液只受到外层溶液的粘性摩擦力作用。由于在电纺复合结枃纤维时,不同性质的材料相汇聚,因此使得同轴电纺对实验参数变得较为敏感。从一方面来说,同轴静电纺丝顺利进行的关键在于复合泰勒锥的稳定性:从另一方面来说,复合泰勒锥和喷射细流的稳定性又直接影响着同轴静电纺丝的电纺效果,即喷射细流的不稳定性在很大程度上影响着复合纤维的结构。复合泰勒锥的形成取决于内层液体能否在被拉伸的同时,与外层液体共同作用形成复合细流。因此,有必要对电纺过程中内层液体的受力情况进行分析,以此了解内层溶液如何被拉伸形成复合细流。

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