纳米纤维静电纺丝

本书依据作者研究团队首创的聚合物熔体微分静电纺丝技术以及国内外纳米纤维静电纺丝的最新研究进展，从工艺的角度出发，着重介绍了熔体静电纺丝技术的原理、模拟分析及工艺进展，并介绍了熔体静电纺丝的工业化技术及应用，最后对聚合物纳米静电纺丝技术的未来进行了展望。

本书可供从事纳米纤维静电纺丝及其相关领域研究的人员及高等院校相关专业学生参考使用。

第1章绪论001

1.1　聚合物纳米纤维与静电纺丝的发展 002

1.1.1　纳米纤维及其制备技术 003

1.1.2　静电纺丝技术发展简史 005

1.2　聚合物静电纺丝技术分类与特点 010

参考文献 013

第2章聚合物溶液静电纺丝技术017

2.1　聚合物溶液静电纺丝原理 018

2.1.1　泰勒锥 019

2.1.2　阈值（临界）电压 019

2.1.3　射流稳定运动段 020

2.1.4　射流不稳定运动段 021

2.1.5　射流直径的计算 022

2.1.6　电晕现象 024

2.2　聚合物溶液静电纺丝材料 025

2.3　聚合物溶液静电纺丝设备 027

2.4　聚合物溶液静电纺丝过程 032

2.4.1　溶液黏度 033

2.4.2　溶液表面张力和电导率 033

2.4.3　电场 034

2.4.4　收集距离 034

2.4.5　进料速率 035

2.4.6　环境参数 035

参考文献 036

第3章聚合物熔体静电纺丝技术039

3.1　聚合物熔体静电纺丝装置 040

3.2　聚合物熔体微分静电纺丝的提出 045

3.3　聚合物熔体静电纺丝材料 049

3.4　聚合物熔体微分静电纺丝射流间距的理论分析 051

3.4.1　射流间距的定义 051

3.4.2　射流间距分析模型的建立 052

3.4.3　射流间距模型的数学分析 053

3.5　聚合物熔体微分静电纺丝射流间距的实验研究 058

3.5.1　匀强电场强度对射流间距的影响 060

3.5.2　最大电场强度对射流间距的影响 062

3.5.3　熔体黏度对射流间距的影响 065

3.5.4　进给流量对射流间距的影响 066

3.6　小结 067

参考文献 068

第4章聚合物静电纺丝的模拟分析071

4.1　静电纺丝建模相关研究进展 072

4.2　熔体静电纺丝中电场分布规律 074

4.2.1　有限元模拟方法简介 074

4.2.2　电场模型建立与参数选择 075

4.2.3　纺丝喷头对电场分布规律的影响 084

4.2.4　不同接收电极的电场模拟和实验对比 090

4.2.5　辅助结构对纺丝电场的影响 094

4.3　拔河效应介观模拟分析 096

4.3.1　耗散粒子动力学简介 097

4.3.2　弹簧系数对拔河效应的影响 101

4.3.3　聚合物链长对拔河效应的影响 103

4.3.4　聚合物黏度对拔河效应的影响 104

4.4　射流细化的理论分析 106

4.4.1　模型的建立 106

4.4.2　理论分析 108

参考文献 112

第5章熔体微分静电纺丝工艺115

5.1　电场 116

5.1.1　纺丝电压对纤维直径的影响 116

5.1.2　纺丝距离对纤维直径的影响 119

5.2　分子量与熔体黏度 121

5.2.1　纤维的制备 122

5.2.2　聚合物分子量对熔体微分电纺纤维的影响 123

5.3　进给流量 127

5.4　气流辅助工艺 130

5.4.1　气流辅助装置 130

5.4.2　气流速度与纤维直径的关系 132

5.5　小结 133

参考文献 134

第6章静电纺丝的工业化技术137

6.1　溶液静电纺丝工业化技术 138

6.1.1　多针头静电纺丝设备 138

6.1.2　无针多射流静电纺丝设备 141

6.2　熔体静电纺丝工业化技术 150

6.2.1　熔体微分静电纺丝单喷头设备 151

6.2.2　熔体微分静电纺丝4喷头设备 156

6.2.3　熔体微分静电纺丝32喷头设备 158

6.2.4　设备设计流程与关键点 163

参考文献 164

第7章静电纺丝纳米纤维的应用研究进展167

7.1　静电纺丝纳米纤维在环境污染治理中的应用 168

7.1.1　高效过滤 169

7.1.2　催化氧化 170

7.1.3　吸附 172

7.1.4　固定酶及其他 176

7.2　生物医药领域的应用 177

7.2.1　药物缓释 178

7.2.2　组织工程 180

7.2.3　伤口敷料 183

7.2.4　小结 184

7.3　静电纺丝纳米纤维在能源领域的应用 185

7.3.1　锂离子电池材料 185

7.3.2　燃料电池材料 188

7.3.3　超级电容器材料 189

参考文献 190

第8章静电纺丝纳米捻线199

8.1　概述 200

8.2　纳米纤维捻线的制备方法 201

8.3　展望 208

参考文献 208

第9章聚合物纳米纤维静电纺丝技术的未来211

索引 214 2100433B

作者：杨卫民、李好义、阎华、吴昌政 编著

丛书名：纳米材料前沿

出版日期：2018年4月

书号：978-7-122-30469-8

开本：B5 710×1000　1/16

装帧：精

版次：1版1次

页数：217页

《静电纺丝与纳米纤维》以静电纺丝技术的理论为基础，系统介绍了静电纺纳米纤维的种类与结构、功能化应用及批量化制造。内容涉及静电纺丝技术的起源、发展以及基本原理；静电纺纳米纤维的种类、结构、测试技术、表面功能化修饰技术；静电纺纳米纤维在生物医学、过滤、个体防护、传感、自清洁、催化、能源、光电磁、复合增强、食品工程、化妆品等领域的应用研究；静电纺纳米纤维批量化制造设备及技术发展的现状。《静电纺丝与纳米纤维》可供静电纺丝和纳米纤维材料领域的研究人员阅读，也可供高等院校相关专业的师生参考。

本书依据作者研究团队的聚合物熔体微分静电纺丝技术以及国内外纳米纤维静电纺丝的新研究进展，从工艺的角度出发，着重介绍了熔体静电纺丝技术的原理、模拟分析及工艺进展，并介绍了熔体静电纺丝的工业化技术及应用，后对聚合物纳米静电纺丝技术的未来进行了展望。

本书可供从事纳米纤维静电纺丝及其相关领域研究的人员及高等院校相关专业学生参考使用。

第1章绪论001

1.1　聚合物纳米纤维与静电纺丝的发展 002

1.1.1　纳米纤维及其制备技术 003

1.1.2　静电纺丝技术发展简史 005

1.2　聚合物静电纺丝技术分类与特点 010

参考文献 013

第2章聚合物溶液静电纺丝技术017

2.1　聚合物溶液静电纺丝原理 018

2.1.1　泰勒锥 019

2.1.2　阈值（临界）电压 019

2.1.3　射流稳定运动段 020

2.1.4　射流不稳定运动段 021

2.1.5　射流直径的计算 022

2.1.6　电晕现象 024

2.2　聚合物溶液静电纺丝材料 025

2.3　聚合物溶液静电纺丝设备 027

2.4　聚合物溶液静电纺丝过程 032

2.4.1　溶液黏度 033

2.4.2　溶液表面张力和电导率 033

2.4.3　电场 034

2.4.4　收集距离 034

2.4.5　进料速率 035

2.4.6　环境参数 035

参考文献 036

第3章聚合物熔体静电纺丝技术039

3.1　聚合物熔体静电纺丝装置 040

3.2　聚合物熔体微分静电纺丝的提出 045

3.3　聚合物熔体静电纺丝材料 049

3.4　聚合物熔体微分静电纺丝射流间距的理论分析 051

3.4.1　射流间距的定义 051

3.4.2　射流间距分析模型的建立 052

3.4.3　射流间距模型的数学分析 053

3.5　聚合物熔体微分静电纺丝射流间距的实验研究 058

3.5.1　匀强电场强度对射流间距的影响 060

3.5.2　最大电场强度对射流间距的影响 062

3.5.3　熔体黏度对射流间距的影响 065

3.5.4　进给流量对射流间距的影响 066

3.6　小结 067

参考文献 068

第4章聚合物静电纺丝的模拟分析071

4.1　静电纺丝建模相关研究进展 072

4.2　熔体静电纺丝中电场分布规律 074

4.2.1　有限元模拟方法简介 074

4.2.2　电场模型建立与参数选择 075

4.2.3　纺丝喷头对电场分布规律的影响 084

4.2.4　不同接收电极的电场模拟和实验对比 090

4.2.5　辅助结构对纺丝电场的影响 094

4.3　拔河效应介观模拟分析 096

4.3.1　耗散粒子动力学简介 097

4.3.2　弹簧系数对拔河效应的影响 101

4.3.3　聚合物链长对拔河效应的影响 103

4.3.4　聚合物黏度对拔河效应的影响 104

4.4　射流细化的理论分析 106

4.4.1　模型的建立 106

4.4.2　理论分析 108

参考文献 112

第5章熔体微分静电纺丝工艺115

5.1　电场 116

5.1.1　纺丝电压对纤维直径的影响 116

5.1.2　纺丝距离对纤维直径的影响 119

5.2　分子量与熔体黏度 121

5.2.1　纤维的制备 122

5.2.2　聚合物分子量对熔体微分电纺纤维的影响 123

5.3　进给流量 127

5.4　气流辅助工艺 130

5.4.1　气流辅助装置 130

5.4.2　气流速度与纤维直径的关系 132

5.5　小结 133

参考文献 134

第6章静电纺丝的工业化技术137

6.1　溶液静电纺丝工业化技术 138

6.1.1　多针头静电纺丝设备 138

6.1.2　针多射流静电纺丝设备 141

6.2　熔体静电纺丝工业化技术 150

6.2.1　熔体微分静电纺丝单喷头设备 151

6.2.2　熔体微分静电纺丝4喷头设备 156

6.2.3　熔体微分静电纺丝32喷头设备 158

6.2.4　设备设计流程与关键点 163

参考文献 164

第7章静电纺丝纳米纤维的应用研究进展167

7.1　静电纺丝纳米纤维在环境污染治理中的应用 168

7.1.1　高效过滤 169

7.1.2　催化氧化 170

7.1.3　吸附 172

7.1.4　固定酶及其他 176

7.2　生物医药领域的应用 177

7.2.1　药物缓释 178

7.2.2　组织工程 180

7.2.3　伤口敷料 183

7.2.4　小结 184

7.3　静电纺丝纳米纤维在能源领域的应用 185

7.3.1　锂离子电池材料 185

7.3.2　燃料电池材料 188

7.3.3　超级电容器材料 189

参考文献 190

第8章静电纺丝纳米捻线199

8.1　概述 200

8.2　纳米纤维捻线的制备方法 201

8.3　展望 208

参考文献 208

第9章聚合物纳米纤维静电纺丝技术的未来211

索引 214