多喷头纺丝装置的仿真与设计

针对静电纺丝多喷头间电场强度分布不均匀所导致的纺丝液射流运动轨迹不稳定、纺丝纤维分布较为分散等边缘效应问题,采用COMSOL Multiphysics软件,通过深入研究多喷头静电纺丝的纺丝电压、喷头间的横向间距和纵向间距对多喷头电场强度分布均匀性的影响程度,给出削弱多喷头边缘效应的喷头最优空间位置关系。结果表明:在三喷头仿真实验中,增大喷头间的横向间距,3个喷头的电场强度随着纵向间距的减小而逐渐趋于一致;当横向间距为5.0 cm、纵向间距为0.5 cm时,边缘效应能够得到有效缓解,且该间距更有利于多喷头的结构设计;五喷头、九喷头静电纺丝装置在保持横向间距为5.0 cm不变的情况下,纵向间距为0.5 cm时的电场强度分布相对于零点位置更加均匀,且九喷头的效果最好。通过实验验证,九喷头结构具有纺丝面积大、效率高和纺丝过程稳定等优点,研究结果可为纺丝装置的多喷头结构研究与设计提供借鉴。

多喷头静电纺丝研究进展

静电纺丝是制取纳米纤维的一种简单而经济的方法。静电纺丝产量低是该项技术从实验室走向产业化生产及应用的最大的技术障碍,喷头组装则是静电纺丝另一个主要的工艺问题。介绍了多喷头静电纺丝、多喷头静电纺丝电场和多喷头静电纺丝机的研究现状,指出了多喷头静电纺丝的研究方向。

双喷头静电纺丝法制备载软骨脱细胞基质的复合纳米纤维支架

背景:软骨脱细胞基质是一种理想的用于构建软骨组织工程支架的生物材料,可以用于软骨缺损的修复。目的:以聚乙烯醇为脱细胞基质的负载材料,3-羟基丁酸酯与4-羟基丁酸酯共聚物为框架材料,通过双喷头静电纺丝构建复合纳米纤维支架,并初步探索其体外生物活性。方法:通过酶、化学与超声振荡清洗结合的方法去除软骨组织中的细胞成分,制成软骨脱细胞基质。用双喷头静电纺丝的方法分别制备3-羟基丁酸酯与4-羟基丁酸酯共聚物(记为P34HB)、3-羟基丁酸酯与4-羟基丁酸酯共聚物-聚乙烯醇(记为P34HB-PVA)、3-羟基丁酸酯与4-羟基丁酸酯共聚物-聚乙烯醇-脱细胞基质(记为P34HB-PVA-dECM)纳米纤维支架,表征支架的纤维形貌、组成成分、亲水性能和力学性能。将人骨髓间充质干细胞与3种支架共培养,通过Live/Dead染色来检测细胞在支架的活力,扫描电镜观察细胞在支架上的黏附形态,阿尔玛蓝试剂盒检测细胞在支架上的增殖性能,Ⅱ型胶原免疫荧光评估细胞在支架上的成软骨分化。结果与结论:(1)扫描电镜下可见,各组支架纤维呈随机分布,纤维之间互相连接呈现多孔结构,其中P34HB-PVA-dECM支架的纤维直径最小;P34HB-PVA-dECM支架的水接触角小于P34HB、P34HB-PVA支架(P<0.05),吸水率高于P34HB、P34HB-PVA支架(P<0.05);P34HB-PVAdECM支架的弹性模量高于P34HB、P34HB-PVA支架(P<0.05);(2)Live/Dead染色结果显示,大多数骨髓间充质干细胞在3组支架上均能够存活;扫描电镜观察显示,骨髓间充质干细胞在P34HB-PVA-dECM支架上的伪足伸展更充分,与支架的融合更好;阿尔玛蓝染色显示,P34HB-PVA-dECM支架上的骨髓间充质干细胞增殖速度快于P34HB、P34HB-PVA支架(P<0.05);免疫荧光染色显示,P34HB-PVA-dECM支架上骨髓间充质干细胞生成的Ⅱ型胶原量多于P34HB、P34HB-PVA支架(P<0.05);(3)结果表明,P34HB-PVA-dECM支架具有更细的纤维结构、更好亲水性和力学性能,更适合细胞黏附、增殖,有利于骨髓间充质干细胞向成软骨方向分化。

多喷头静电纺丝制备镁铝尖晶石纳米纤维的研究

本文以无水氯化铝、无水氯化镁、无水乙醇为原料,二氯甲烷为溶剂,采用非水解溶胶-凝胶法制备出干凝胶前驱体,加入纺丝助剂聚乙烯吡咯烷酮(PVP)制成纺丝液,采用多喷头静电纺丝法制备镁铝尖晶石/PVP前驱体纤维,最后经煅烧制成纳米镁铝尖晶石纤维,利用DTA-TG、XRD、FTIR和SEM表征了镁铝尖晶石纤维的形成过程。结果表明,经500℃煅烧后,纤维中有机物基本排除,但此时纤维为无定形态。经700℃煅烧纤维出现镁铝尖晶石相,而经900℃煅烧所得纤维中镁铝尖晶石发育更加完全,纤维表面光滑,直径细小,分布在100nm^300nm范围。

静电纺丝设备的研究进展

简述了静电纺丝装置及其纺丝过程,详细介绍了静电纺丝装置关键设备喷头和接收装置的技术研究进展。静电纺丝装置主要包括高压电源、喷头和接收装置。静电纺丝喷头的技术发展经历了从单针头到多针头和同轴针头,再到无针头装置。接收装置从最初的平板型收集装置逐步发展为旋转鼓、旋转圆盘、平行电极板、同轴双滚筒收集装置。静电纺丝设备尚未规模化生产,有效解决射流之间电场的相互干扰、改进接收装置的多样化和应用性,提高静电纺丝装置的纺丝效率,是静电纺丝关键设备今后的研究方向。

静电纺聚酰胺6/聚苯乙烯复合纳米纤维膜制备及其空气过滤性能

针对空气过滤纤维材料的过滤效率、阻力和使用寿命难以平衡的问题,采用多喷头静电纺丝技术,制备了不同直径、形貌纤维及不同纤维沉积顺序的聚酰胺6/聚苯乙烯(PA6/PS)复合纳米纤维膜,测试了复合膜的平均孔径及孔隙率,建立了纤维结构与过滤效率及阻力的构效关系;结合扫描电镜表征探讨了不同形貌、直径纤维的叠加次序对过滤寿命及细颗粒物沉积行为的影响,系统研究了过滤风速、细颗粒物尺寸对过滤性能的影响。结果表明:在5.33 cm/s的风速下,以多喷头静电纺丝方式制备的PA6/PS复合膜具有更好的抵抗风速变化的能力,在长期使用中阻力增加较缓慢,其具有93.13%的过滤效率,30.67 Pa的过滤阻力和0.0889 Pa-1的品质因子,综合过滤性能优于同等条件下H10等级(过滤效率>90%)的商业玻璃纤维过滤膜。

Effects of spinneret structure on poly-ether-ether-ketone fibers by screw extrusion

According to the characters of poly-ether-ether-ketone (PEEK) plastic, the spinnerets with three kinds of different structure were designed. The effects of spinneret structure on the melt spinning conditions, melt flow instability of the screw extrusion, and the performance of PEEK fibers were studied. The results show that the appropriate screw extrusion temperature is 370 385℃. The PEEK fibers extruded using the spinnerets with L/D=6, 8holes and 0.5mm in diameter have better performances. The performances of PEEK fibers are related to the dia- meter of the spinneret hole. Increasing the L/D value of the spinnerets can not always improve the surface quality and the performances of PEEK fibers. The extrusion pressure is about 50% of that of the spinneret with 12holes and 0.3mm in diameter.