纳米纤维包芯纱截面方向热湿耦合传递过程的模拟

针对纳米纤维包芯纱截面热湿耦合传递过程难以直接测试的问题,利用有限元仿真软件COMSOL对纳米纤维包芯纱的截面进行建模及参数化设置,使用多物理场耦合的方式模拟了纳米纤维包芯纱截面方向的热湿传递过程,以探寻水分和热量在纱线内部传递的规律。建立了不同纳米纤维含量及孔径的纳米纤维包芯纱模型,探寻热湿耦合传递速度的影响因素与规律。研究结果表明:相同时间内纱线内部水分传递速度快于热量的传递,且在相同的流入速度下,纳米纤维的引入能够加速水分在纳米纤维包芯纱中的传递速度,比棉纱的水分传递速度提高了28.3%;此外,适当增加纳米纤维的含量,纳米纤维包芯纱的热湿耦合传递速度有一定的提高(约11.8%);随着纳米纤维孔径的减小,孔径数量增多,纳米纤维包芯纱的水分传递速度提高至90%(与棉纱相比),传热速度增加显著,证明纳米纤维包芯纱的热湿耦合传递过程中导湿和传热呈现正相关性。

双针头连续水浴静电纺的电场模拟及其纳米纤维包芯纱结构

为研究电场变化对皮芯结构纳米纤维包芯纱结构的影响,通过双针头连续水浴静电纺丝法制备了以涤纶长丝为芯纱,锦纶纳米纤维为包覆层,兼具纳米纤维特性和传统纱线力学性能的纳米纤维包芯纱。通过有限元分析软件ANSYS模拟其电场分布,探究了2个针头针尖间距对电场分布及纳米纤维包芯纱结构的影响。结果表明:静电纺丝最大电场强度出现在针尖处,随着针尖间距的增大,电场强度峰值呈现先增大后减小再增大的趋势;当针尖间距为20 mm时,纳米纤维间的黏结较多;随着针尖间距的增大,纳米纤维的形貌更加均匀光滑,其直径呈减小趋势,在针尖间距为80 mm时达到最小值(74.43±10.79) nm;当针尖间距从20 mm增加到60 mm时,纳米纤维包芯纱的孔隙率从20.27%提高到44.08%。

喷丝速率对连续水浴静电纺纳米纤维包芯纱结构与性能的影响

为实现工艺参数对纳米纤维包芯纱的结构调控,采用连续水浴静电纺丝的方法,以聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)纤维为芯纱,聚酰胺6(PA6)纳米纤维为包覆层,制备兼具纳米纤维特性和传统纱线力学性能的纳米纤维包芯纱。对PET/PA6纳米纤维包芯纱的形态、晶体结构和力学性能进行分析与表征。结果表明:纳米纤维包芯纱具有良好的皮芯结构;PA6包覆层的纳米纤维直径为66~80 nm,其孔隙率随喷丝速率的提高而下降,结晶度在19%~24.15%范围内,且随喷丝速率的提高而减小;PA6纳米纤维包覆层的断裂强度和断裂伸长率随喷丝速率的增大而降低,其断裂强度降为常规PA6纤维的1/5;纳米纤维包芯纱保持了芯纱的强力与断裂伸长率等力学性能。

镀银聚酰胺6/聚酰胺6纳米纤维包芯纱电容传感器的构筑

为获得线形螺旋结构且具有良好传感性能的大应变柔性应变-电容传感器,采用水浴静电纺丝法以镀银聚酰胺6为芯纱,制备了镀银聚酰胺6/聚酰胺6纳米纤维包芯纱,并将其缠绕在橡筋上制备应变-电容式柔性传感器。对纳米纤维包芯纱的结构与力学性能进行表征与测试,分析了应变-电容传感器的传感性能,并探索了其在人体运动监测中的应用。结果表明:聚酰胺6纳米纤维在镀银聚酰胺6表面形成结构完整的包覆层,直径分布主要在80~100 nm范围内,平均直径为95.53 nm;相较于芯纱,纳米纤维包芯纱的力学性能基本保持不变;制备的柔性传感器表现出良好的应变-电容传感性能,在6.67%的应变下敏感因子可达3.93,并具有良好的重复性,该传感器可用于人体运动的实时监测。

纺丝工艺对静电纺纳米纤维包芯纱包覆性能的影响

提出了一种制备连续纳米纤维包芯纱的方法,利用接地平行铝片作为接收装置,使得纳米纤维平行地搭接在2块铝片之间,处于2块铝片中央的芯纱通过绕自身纱轴旋转,将取向的纳米纤维卷绕在其表面。研究了平行铝片间距、纺丝电压、纺丝距离以及溶液流量对纳米纤维包芯纱包覆率及耐磨性的影响规律。结果表明,利用该方法制备的纳米纤维包芯纱包覆较为均匀,无露芯现象,并且芯纱表面纳米纤维直径分布均匀,排列整齐且具有良好的取向度。当平行铝片间距为2 cm,电压为17 k V,纺丝距离为14 cm,流量为1.0 m L/h时,电纺过程较稳定,包覆效果较好,包覆率最高可达41.9%,并且所得纳米纤维包芯纱的耐磨性与其包覆率成正相关关系,增磨率最大可达142.3%,同时其力学性能较原纱也有略微提高。

多喷头喷气静电纺纳米纤维包芯纱制备

为了提高纳米纤维的产量,利用气泡破裂形成多射流的原理,设计了一种多喷头喷气静电纺制备连续有捻的聚偏氟乙烯(PVDF)纳米纤维包芯纱装置.通过双重共轭静电纺的原理集聚纳米纤维,利用金属喇叭的旋转对纳米纤维加捻并包缠在芯纱表面.制备了以粘胶束为芯纱外包PVDF纳米纤维的纳米纤维包芯纱,并研究了该纱线的形貌、力学性能和疏水性能.结果显示,PVDF纳米纤维在芯纱表面包覆比较均匀,且包覆在芯纱表面的纤维有较好的取向和均匀的捻回分布.PVDF纳米纤维包芯纱的力学性能较之芯纱显著提高,断裂强度和伸长率分别达到30.82MPa和19.81%,且具有良好的疏水性,表面接触角达到150°.

基于水浴静电纺的芳纶/PA6纳米纤维包芯纱制备与表征

针对单一纳米纤维纱力学性能较差、进一步后加工困难、应用受限等问题,本文采用静电纺丝法在水浴表面收集纳米纤维,制备以芳纶1414(PPTA)长丝为芯层、聚酰胺6(PA6)纳米纤维为皮层的PPTA/PA6纳米纤维包芯纱,并分析了纳米纤维包芯纱和外层纳米纤维包覆层的结构与性能。结果表明:纳米纤维均匀地包覆在芯纱外层,纳米纤维的直径范围主要分布在90~110 nm,平均直径为98.81 nm;纳米纤维包覆层的熔点为223.16℃,结晶度为18.55%,与常规PA6纤维接近;纳米纤维包芯纱的力学性能与芯纱接近,且纳米纤维包覆层也具备一定的力学性能,平均强度为0.57 cN/dtex,平均伸长率为33.30%;纳米纤维包覆层具有一定的耐摩性,经棉织物摩擦600次后其形态结构基本未发生变化。

基于水浴静电纺的纳米纤维包芯纱连续制备与性能

为了制备既具备纳米纤维的表面性能,又保持传统纤维优异力学性能的纳米纤维集合体,进一步拓展纳米纤维的应用领域,提高应用价值,提出了一种纳米纤维包芯纱的连续制备方法。利用双针头水浴静电纺丝法制备了以涤纶长丝(PET)为芯层,外包聚酰胺6(PA6)纳米纤维的PET/PA6纳米纤维包芯纱。研究了纺丝电压对纳米纤维包芯纱结构与性能的影响,结果表明:制备的纳米纤维在不同电压下对于芯纱都有较好的包覆;纳米纤维的直径随电压的增加而下降,14 kV时纳米纤维的直径为(140.80±21.34)nm,20 kV时仅为(91.75±13.24)nm,下降了约1/3;随着电压的增加,纳米纤维包芯纱的包覆率和线密度都增大,当电压为20 kV时,纳米纤维包芯纱的包覆率为28.58%,约为电压14 kV时的1.5倍;PA6纳米纤维包覆层的断裂强度要低于常规的PA6纤维,但断裂伸长在常规PA6纤维的范围内。

纳米纤维-包芯纱

为生产纳米纤维,已经开发了许多静电纺丝技术。数以百计的不同聚合物的溶液或熔体已被加工成纳米纤维,最普通的形式是纳米纤维层。除此之外,含有相应无机物的辅助聚合物通过静电纺丝,接着进行退火处理,可把各种无机物转化为纳米纤维。