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[硕士论文] 刘慧超
机械工程 北京化工大学 2018(学位年度)
摘要:聚乳酸具有良好的生物性能,同时也具有一定的机械性能,如:抗拉强度,弹性恢复性好,延展性和热塑性。本论文通过常规的控制单一过程变量的方法进行了熔体静电纺丝法制备左旋聚乳酸的平板接收实验。本研究的设备是本实验室自己研发的熔体静电纺丝机,实验制备的纤维作为后续实验的参照组。研究结果发现,这种颗粒状左旋聚乳酸在熔体静电纺丝机的热加工温度在190℃~230℃,其中,电压和距离影响纤维粗细的范围跨度比较大,但是,规律不明显。本论文研究的高压电源的范围是30kV~45kV,加热温度范围是220℃~250℃,研究的纺丝距离为6.5cm到9.5cm之间。最细,最均匀纤维在距离为7.5cm,加热温度为250℃,电源电压为35kV时产生。在这个条件下制备的纤维平均直径为3.591±1.484μm,并且总结得出了4个工艺条件对纤维直径以及结晶度的作用规律。
  在保持其他实验条件不变的情况下,实验组把参照组的大平板接收换成了静止的直径为8mm的圆柱和高压针尖接收,制备了细化的左旋聚乳酸纤维,并且同样研究了过程参数对纤维的影响,重点研究了温度对纤维直径的影响。实验结果表明,通过11组实验对照,减小接收板可以使纤维聚集,并且使纤维的平均直径变小。综合39组实验结果,最佳实验条件在250℃,30kV,7.5cm条件下,制备的最细纤维的为2.658±1.632μm。根据研究结果得出以下规律:在6.5cm与8.5cm之间,随着纺丝的距离越远纤维越细,在30kV~45kV之间,随着施加的电压越大,纤维越细,但是温度对其的作用规律不明显,也与其他人研究结论类似。
  3D打印法这种加工方法的主要原理是将原材料通过加热,从喷嘴流出然后胀大,通过空冷再次沉积在被控制了3个自由度的接收板上。这种加工方式近年来在国内外研究中发展迅速,原理上也与熔体静电纺丝有着异曲同工之妙。因此,本研究通过实验室自主搭建了一个3D打印笔与直流高压电源结合的新型熔体纺丝装置,并且用移动的高压针尖代替了接收平板,利用近场静电原理,通过与之前实验一样的方式研究了纤维的各种环境因素对纤维直径以及结晶度的规律,使用的材料是丝状聚乳酸,用不存在高压电源的情况作为实验的对照组。研究结果表明,制备纤维的平均直径最小,直径方差分布范围最小的纺丝条件为工作温度180℃,应用高压电45kV,纺丝的距离6mm。这个条件下,获得的最佳纤维的平均直径0.5171±0.0249mm。运用这个条件,实验组精确打印出了几种不同的图案:直线,直角,方形,二层、三层重叠的和圆形的,证明了高压电对纤维的细化作用在熔融沉积中依然存在。这说明了增加高压电源可以作为一种简单的,成本低廉的改善3D打印中纤维粗细的方法运用到实际情况下。之后,运用一样的近距离接收静电纺丝原理和装置,针尖接收,在15kV,230℃,4mm制备出了细化的直写的纤维平均直径为4.64±0.73μm,并且制备出了图案化的纤维,主要是圆弧转折和直角转折。
  为了进一步研究有序化纤维用于制备具有生物性能的材料研究,本论文用熔体静电纺丝高速转辊接收法制备了5组的不同比例的PLLA/PEO/nHA混合体系的纤维膜。先找出最合适的接收转速以及最好的电源电压,然后再用5组制备出排列整齐的膜;通过为期8周的体外降解实验,证明了混料膜具有好的降解性;通过力学性能测试证明了有序混合膜在力学特性具有的优势;结晶性能的测试表明了各组分在影响混合膜结晶度中发挥的作用。这种综合性能较好的混合膜有望用于骨组织工程的研究。
[专利] 发明专利 CN201510918109.8
北京化工大学 2016-03-23
摘要:为了解决3D打印机喷头易堵塞的问题,本发明从机械优化设计的角度公布了一种间歇式3D打印机喷头,它包括动力传输部分,运动转换部分和加热部分。本发明通过柱塞上下运动,防止了物料堵塞情况的发生,提高了机器的稳定性,提高了生产的效率。
[专利] 发明专利 CN201410602527.1
北京化工大学 2015-02-18
摘要:本发明公开了一种新型智能感应垃圾桶系统,包含新型智能感应垃圾桶及远程接收与监控系统。母体垃圾箱具有分层旋转结构,具有智能垃圾感应分类及感应开关功能。子垃圾箱需手动开关,但其传感收集到半满或重量报警信息,将以中断方式驱动信息处理模块,将报警信息送至远程接收与监控系统。信息处理模块产生识别感应信号控制机械旋转模块旋转母体垃圾箱转至相应垃圾袋位置;信息处理模块产生的桶满感应信号及重量感应信号控制垃圾袋封合并掉至第三层;计数器满至母体垃圾箱体容量时,输出垃圾倾倒报警信息,并存储光及声报警信息,垃圾倾倒报警信息送至远程接收与监控系统。远程接收与监控系统的手持终端在处理垃圾过程中,发信息给所辖区域的新型智能感应垃圾桶单体,打开声、光报警开关。并根据声、光报警类别,依据“紧迫性”程度,收取各类垃圾。
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