离心纺：一种高效制备微/纳米纤维的纺丝方法(二)

徐淮中 陈欢欢 李祥龙 刘 晨 杨 斌

浙江理工大学材料与纺织学院，浙江 杭州 310018



离心纺：一种高效制备微/纳米纤维的纺丝方法(二)

徐淮中 陈欢欢 李祥龙 刘 晨 杨 斌

浙江理工大学材料与纺织学院，浙江 杭州 310018

(上接2016年第1期第33页)

3 射流成形机理

有喷嘴离心纺、无喷嘴离心纺、离心-静电纺有着各自的特点，下文将重点介绍这三种离心纺射流的成形条件、轨迹特征和影响因素。其中，有喷嘴和无喷嘴离心纺的射流成形机理将基于本课题组的研究成果展开论述，而离心-静电纺的射流成形机理将基于台湾成功大学Chen Chuh-yung课题组近4年来的科研成果展开分析，以期为不同的纺丝原料选择合适的纺丝类型和纺丝参数提供部分理论和试验依据。

3.1 有喷嘴离心纺

在离心力的作用下，纺丝液沿纺丝甬道向外运动。流体在圆管中的运动称为泊肃叶(Poiseuille)流动，而基于该模型推导得到的哈根-泊肃叶(Hagen-Poiseuille)方程已广泛应用于化工领域。

3.1.1 临界转速

纺丝液从针头内挤出的瞬间及其示意如图15[51]1551所示。

图15 高聚物流体从针头内挤出瞬间

此时，半球形液滴主要受黏滞力(Fv)、表面张力(Fγ)及离心力(Fc)的共同作用。其中：

Fv=πdγsinθ

(2)

(3)

Fc=ρVpdrΩ2

(4)

式中：d——喷嘴内径；γ——表面张力；θ——液滴与喷嘴夹角；L2——针头后部长度； ΔP——作用于针头两端(即L2段)的压差； ρ——纺丝液密度；Vpd——液滴体积；r——喷丝器半径；Ω——临界转速。

当Fv、Fγ及Fc三者满足平衡方程Fv+Fγ=Fc时，可得到有喷嘴离心纺丝临界转速(Ωnozzle-c)：

(5)

当作用于液滴的Fc足以克服Fv与Fγ时，液滴向外拉伸、变形，形成射流。

3.1.2 射流初速度

射流离开喷丝器时的速度即为射流初速度(uex)，其会直接影响射流轨迹及最终纤维的形貌。……