熔融静电纺丝喷头装置设计及工艺应用

发布时间：2021-02-13 07:11

　　熔融静电纺丝是指在高压电场下熔体射流冷却固化成纤的过程,在二维图案、三维结构及功能器件的制备等方面具有重要的应用,熔融静电纺丝实现的关键在于其喷头装置的设计。本学位论文在充分调研熔融静电纺丝喷头装置的基础上,设计了一种新型熔融静电纺丝喷头装置,实现了熔融电纺纤维的可控制备,在此基础上制备了复杂的二维图案、三维结构及有机薄膜晶体管,本论文的主要研究工作包括:（1）熔融静电纺丝喷头装置结构设计与建模优化。通过常见聚合物熔融静电纺丝需求分析,进行了熔融静电纺丝喷头装置机械结构设计和部件选型。为优化装置设计方案,建立了喷头三维稳态热传导模型,研究了喷头部件材料参数和结构尺寸对喷嘴出口稳态温度的影响。建立了喷头静电场仿真模型,模拟了喷嘴与基板间的场强分布。通过热仿真和静电场仿真分析证实了设计的熔融电纺丝喷头结构的合理性。（2）熔融静电纺丝喷头装置温控系统设计。搭建了熔融静电纺丝喷头装置的测试平台。利用加热装置温度控制仪表自整定功能,实现了温度PID控制参数的快速选定。测试得到了不同加热控制温度下的喷嘴出口、料筒内壁和侧板外表面实际稳态温度,对比仿真结果,温度实际测量结果趋近仿真值,证实了喷头稳态... 

【文章来源】：华中科技大学湖北省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校

【文章页数】：81 页

【学位级别】：硕士

【部分图文】：

熔融电纺丝加热装置

纺制备的用于组织工程的三维结构。(a)熔融电纺 PCL 制备的三维管状支架的三维网格支架要研究内容熔融静电纺丝的优势及挑战，对熔融电纺丝的喷头设计及工艺应组织结构如图 1-6 所示。绪论（第1章）熔融电纺丝喷头装置设计与仿真优化（第2章）熔融电纺丝喷头装置温控系统设计（第3章）熔融电纺丝直写工艺参数影响研究（第4章）熔融电纺丝直写图案化应用

侧板由导热系数低的材料组成，用以减少喷头的热量散失，料筒用来和加热熔体聚合物；由于熔融纺丝具有较高的打印分辨率，对材料的用量要求低，题设计的熔融电纺丝喷头料筒体积为 3ml，满足熔融电纺丝工艺实验熔体材料用量。因采用了电直加热且电压正接的方式，为了避免加热部件同高压电极之间的电击本课题组的喷头装置在料筒外设计了一绝缘管部件。喷嘴部件直接通过鲁尔接口与连接，喷嘴作为纺丝的喷丝头与高压电源的正接相连。由于熔体纺丝聚合物粘度一高，且纺丝喷嘴直径较小，第一滴熔体液滴的产生需要较大的气压，此时极易造成与料筒连接部位的脱离，因此，本装置中设计了喷嘴压套元件用来防止纺丝过程中元件的脱离。温度传感器用来监测加热的温度，安装到加热块对应的安装孔中。加、绝缘管和料筒一起作为喷头加热的传热介质实现料筒中熔体聚合物的加热。加热为直接的加热元件，安装到加热块对应的安装孔中。喷嘴设计成具有锥形面过渡的结构。加热部件中的外围温控仪表与加热棒、温度传感器一起组成温度 PID 闭环控节。

【参考文献】：
期刊论文
[1]熔融静电纺PCL自粘结超细纤维的制备[J]. 王宏,徐阳,聂清欣,李莘,魏取福.  材料科学与工程学报. 2015(02)
[2]熔体静电纺丝研究进展[J]. 王肖娜,李莘,王宏,徐阳,魏取福.  高分子通报. 2013(07)
[3]MELT-ELECTROSPINNING OF PMMA[J]. 黄争鸣.  Chinese Journal of Polymer Science. 2010(01)

硕士论文
[1]基于电流体直写掩膜的晶体管制备与表征[D]. 江海霞.华中科技大学 2016



本文编号：3032155