使用脈沖電壓電紡聚合物纖維

DOI：10.1016/j.matdes.2019.108106

電紡絲工藝通常使用直流電壓（DCV）進行，但也可以使用脈沖電壓（PV）對纖維進行電紡絲。盡管此方法已用于其他靜電過程，但對其在納米纖維生產中的應用的研究很少。在這項工作中，電壓以給定的幅度，頻率和持續時間以脈沖形式提供給聚合物溶液。使用DCV和PV對兩種聚合物（聚乙烯吡咯烷酮和聚丙交酯）進行了實驗。觀察在噴嘴尖端噴射的液體的形狀，并將其與聚合物墊的結構相關聯，包括電紡纖維的直徑以及球形元素的尺寸和濃度。聚乙烯吡咯烷酮和聚丙交酯均觀察到使用DCV和PV進行靜電紡絲的產品差異。對聚合物墊的檢查性能影響最大的參數是脈沖頻率。而且，對于聚丙交酯，PV方法消除了聚合物堵塞，提供了電紡絲更大的穩定性，并將纖維直徑的分布更改為雙峰分布。通常，PV可以更好地控制纖維直徑和磁珠尺寸，因為有效電壓較低，因此有可能實現更精確的電荷輸送。

圖1.帶有脈沖電源運行圖的靜電紡絲工藝設置方案（紅線）。

圖2.實驗方案。

圖3.（A）測量平均纖維直徑d_f和串珠尺寸d_B（s≥3 d_f）的方法。（B）帶有示例纖維直徑和標記尺寸的串珠PVP纖維氈。

圖4.在不同電條件下進行靜電紡絲時，在噴嘴尖端的聚合物（PVP和PLA）溶液液滴，錐，射流和多射流形成：（A）DCV，PV在（B）20 Hz，（C）50 Hz，和（D）100 Hz。

圖5.在不同電條件下通過靜電紡絲工藝獲得的PVP墊的掃描電子顯微鏡圖像：（A）DCV和PV（B）20 Hz，（C）50 Hz和（D）100 Hz放大倍率為2500倍。

圖6.在不同電條件下通過靜電紡絲工藝獲得的PLA墊的掃描電子顯微鏡圖像：（A）DCV和PV（B）20 Hz，（C）50 Hz，（D）100 Hz，放大倍數2500×

圖7.從（A）3.5％PVP溶液，（B）使用DCV和PV（8 kV和15 kV，τ= 5 ms）從8% PVP溶液，（C）使用DCV和PV（15 kV，τ= 5 ms）從8％和10％PLA溶液中獲得的纖維直徑。

圖8.（A，B）PVP和（C，D）PLA纖維直徑的分布。

圖9. 使用DCV和PV從3.5％PVP溶液中獲得的珠的（A）大小和（B）濃度。