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摘要:以柠檬酸、尿素为前体,用甲苯、丁醇、乙醇、环丁砜等系列不同沸点的溶剂,通过反应条件温和简单的溶剂回流法一步合成了多色荧光碳点(CQDs). 对所制备的碳点进行TEM、FT-IR和PL等表征,其中甲苯溶剂回流法制得的碳点荧光性能最优,具有最高的荧光强度和与聚甲基丙烯酸甲酯( PMMA)聚合物有较好的相容性.其荧光发射峰位于475 nm,颗粒粒径为3~6 nm;采用溶剂蒸发法制成具有红、黄、绿多色荧光的CQDs/PMMA复合荧光薄膜材料,可用于新型高分子聚合物薄膜荧光材料....
摘要:提出一种锯齿引导型无针熔体微分静电纺丝工艺方法,用来改进熔体静电纺丝纤维直径不均匀问题.首先将其与无锯齿引导型无针熔体微分静电纺丝进行对比,然后在自制的设备上进行正交试验,以探究其最佳纺丝工艺参数.试验结果表明:锯齿引导提高了纤维的均匀性,在聚丙烯(PP)进料流速一定的条件下,最佳纺丝工艺参数为纺丝温度240℃、纺丝电压65 kV以及纺丝距离105 mm;在此条件下测得最小的纤维平均直径为820 nm....
摘要:为获得最佳的熔体微分静电纺丝结构参数,采用有限元分析软件ANSYS对多层锥面无针熔体微分静电纺丝中的电场分布进行模拟,分析了双锥面特征设计参数对纺丝尖端场强的影响,分别讨论了内圈直径和内圈伸出距离对内外圈纺丝尖端及纺丝路径场强分布的影响.ANSYS数值模拟结果表明:增加锥面层数会减弱最外圈纺丝尖端的电场强度;对于双锥面熔体纺丝装置,内锥面直径大小对纺丝尖端场强分布的影响不明显;当内锥面伸出距离增大时,内外圈纺丝尖端场强的差值先减小再增大;当内锥面直径为26 mm,内圈伸出距离为6 mm时,内外圈纺丝尖端电场强度分布最相似,能够保证内外锥面制备的纤维射流间距相同,实验结果和模拟结果一致....
摘要:为了进一步提高单喷头纤维的产量,在熔体微分静电纺丝的基础上,设计开发了一种结合内外锥面的双层熔体微分静电纺丝装置.通过COMSOL Multiphysics数值仿真软件对其电场进行对比分析,得出增加的内层锥面对外层电场有一定的削弱作用.通过实验分析了内层锥面伸出距离对内外层射流的影响,找到了最佳参数,并且在此参数下,验证了不同电压下的纺丝效果,结果表明,随着电压的增加,内外层锥面电场增加程度相同,内外层纤维直径达到了均匀分布.最后分别采用吹风和吸风辅助对纤维进行了细化,为静电纺丝法制备超细纤维的产业化提供参考....
摘要:以碳纤维/环氧树脂复合材料为研究对象,分别采用失重法、静态与动态(DMTA)力学性能测试和IR分析,研究了其热氧老化规律与机理.结果表明:在热氧老化条件下,碳纤维/环氧树脂复合材料的失重率与时间之间的关系服从指数规律;其弯曲强度保留率在25℃热氧老化条件下与老化时间无关,而在100和150℃条件下则随时间呈指数规律衰减,并且温度越高,其弯曲强度保留率下降越快;DMTA与IR分析结果一致,25和100℃的条件下,碳纤维/环氧树脂复合材料的老化形式为物理老化,而在150℃的条件下,则既有物理老化,又有化学老化....
摘要:为实现批量制备性能优异的纤维膜,设计了一种针片辊式微分静电纺丝装置,以聚乙烯醇(PVA)静电纺丝为例,讨论了PVA溶液浓度和针片间距对纤维直径分布和纤维产能的影响.研究结果表明:随着PVA溶液浓度的增大(8%~11%,wt,质量分数),纤维平均直径越粗,直径分布范围也越大;针片间距主要影响针片尖端的电场强度分布,随着针片间距的增大,针片间电场强度分布更加均匀,当针片间距为10mm条件下,各个针片尖端的电场强度分布均匀性明显改善,制备的纤维膜直径分布范围较小,PVA溶液浓度为8%(wt,质量分数)条件下的纤维直径为(161±67)nm;纤维膜产量随PVA溶液浓度的增大逐渐升高,针片间距10mm,PVA溶液浓度为11%(Wt,质量分数)条件下,获得最高的纺丝产能为12.8g/h....
摘要:简单介绍了无针静电纺丝基本原理、工艺特点及研究进展;概述了无针静电纺丝装置的基本类型,根据射流激发形式不同,无针喷头可分为旋转喷头和静止喷头两大类;重点介绍了近年来逐步发展起来的工业化无针静电纺丝技术及装备,比如纳米蜘蛛技术、气泡静电纺丝技术、狭缝表面静电纺丝技术、熔体微分静电纺丝技术;其中,熔体微分静电纺丝不使用溶剂,是一种绿色制造技术,而且不存在溶剂挥发,生产效率高,对于实现工业化连续生产超细纤维具有很大潜力.对未来无针静电纺丝工业化生产的研究重点提出了个人的见解,对于无针静电纺丝技术,射流原理、纺丝过程控制方法和纺丝工艺参数的优化还需更深入研究,同时工业化生产系统要综合考虑到成本、效率、质量和安全等问题....
摘要:环保无溶剂的熔体静电纺丝法可制备热塑性生物可降解材料的超细纤维,前期研究已在高效过滤、生物医药领域获得应用,利用该方法实现超细捻线的制备更有望将其应用拓展到高性能可穿戴的织物中.采用热塑性生物降解材料聚乳酸(PLA)为原料,通过自制多射流无针熔体电纺装置制备了纳米捻线,基于加捻原理探究了不同工艺参数对捻线中纤维的取向度和捻线捻度的影响.实验结果表明:在达到击穿电压前,电压越大,泰勒锥个数越多;当收集辊子旋转线速度与气流速度相接近时,纤维的取向性最好;旋风发生器气流速度越大,纤维越聚集成束,纤维捻角越大,最大捻角为36°....
摘要:设计了一种批量制备连续纤维的钢丝毛刷辊静电纺丝装置,研究了固定距离时溶液浓度及电压对毛刷PVA溶液静电纺丝产量的影响.考察了不同浓度PVA在不同纺丝距离、纺丝电压、毛刷转速下的纤维直径分布与纤维形貌.借助扫描电镜对制得的纳米纤维形貌进行观察,并应用Nano Measurer软件对纤维的直径及其分布进行了测量统计.综合考察结果,得出最佳的纺丝溶液浓度为12%,接收板距离为10 cm,电压为40 kV....
摘要:由于单针头静电纺丝产量低,多针头静电纺丝针头间和射流间存在严重电场干扰,而且有针头易堵塞,基于自由表面自组织的无针静电纺丝技术应用而生,具有较高的纳米纤维生产效率。但现有的无针静电纺丝装置的纺丝电压较高,喷丝头结构参数不易改变,可控范围较小,制备的纤维膜形貌较差。
[硕士论文] 张艳萍
动力工程及工程热物理 北京化工大学 2018(学位年度)
摘要:纳米纤维是一种应用广泛的功能材料,主要用于高效过滤、生化防护服、锂电池隔膜、柔性传感器等,由于其具有较高的比表面积,在生物医药方面也有很大的应用前景,比如用于组织工程的生物支架、药物缓释及伤口敷料等。静电纺丝技术是一种简单高效制备微纳米纤维的方法,而且可纺聚合物种类很广泛,可以满足各种实际应用。然而,传统的单针头静电纺丝生产效率极低。增加针头数量可以增加纺丝产量,但针头间距大造成设备体积庞大,电场分布不均匀,针头易堵塞,不易清洗。一种能够自发形成密集多射流的微分静电纺丝技术能有效克服这些问题,但现有的微分静电纺丝技术仍存在纺丝电压高、制备的纤维直径分布不均匀以及纤维产量较低等不足。因此,本论文提出了一种新型的针辊式溶液微分静电纺丝技术,重点围绕针辊式溶液微分静电纺丝系统的设计、可行性实验的验证、针片微分喷头的电场强度分布以及工艺参数等方面进行了研究,主要内容如下:
  (1)设计搭建了针辊式溶液微分静电纺丝装置;采用PVA/H2O溶液对该装置进行了可行性实验验证,初步探究了最佳的纺丝工艺参数;同时通过单反相机记录观察纤维成型过程,研究其成型原理。结果表明,保证射流被充分拉伸固化成纤和溶剂挥发完全,该系统最佳纺丝距离为120mm;保证针片尖端能够连续产生均匀多射流的最低电压为35kV;保证针片尖端均匀蘸取一层纺丝液膜并连续产生多射流的最佳针片辊子转速为30r/min。
  (2)通过ANSYS有限元电场模拟分析,验证了针片微分喷头的尖端效应,以有效降低纺丝阈值电压;系统研究了针长度、针密度、针间距等结构参数以及采用不同接收方式对该系统纺丝空间内的电场强度大小和分布的影响规律。结果表明,针片长度对纺丝空间的电压和电场强度分布影响较小;随着针片密度的增加,虽然最大电场强度值有一定量减小,但针片尖端的电场强度分布均匀性明显提高,主要集中在针片尖端最顶端。模拟对比不同结构的微分喷头表明,针片微分喷头的尖端处电场强度值最大,而且电场线分布最集中。在多针片系统中,随着针片间距的增大,纺丝空间内的电场强度分布均匀性大大提高。
  (3)系统研究了针辊式溶液微分静电纺丝系统中针片间距、纺丝液浓度和纺丝电压对制备的纳米纤维直径分布和纤维产量的影响规律。实验结果表明,PVA浓度9wt.%及纺丝电压40kV时,随着针片间距的增加,纤维直径分布更加均匀,纤维产量先增加后减小。针片间距10mm及纺丝电压40kV时,增大纺丝液浓度,虽然产量提高了,但纤维平均直径增加,均匀性也比较差。在适当范围内提高纺丝电压有利于减小纤维直径但减小幅度变缓;而且增加纺丝电压可以有效激发更多的连续多射流,针片间距10mm及PVA浓度9wt.%,当纺丝电压为55kV时,纤维产量最高可达13.5g/h。
[硕士论文] 张艳萍
化学 北京化工大学 2018(学位年度)
摘要:近年来,IV族的碳量子点(CQDs)作为新型的纳米荧光材料,具有无毒环保、良好的生物相容性以及优良的光学性能,如激发-发射波长可调谐的荧光、上转换荧光发射特性等受到科研界的普遍关注。但CQDs本身仍存在发光效率低且本征荧光发射范围窄等缺点,导致CQDs在发光材料和器件等方面的应用受限。目前,已经有包括表面官能团的修饰、元素掺杂以及与其它量子点复合等多种改性方法来提高CQDs的发光效率以及发射多色荧光。本文通过对CQDs进行表面修饰和元素掺杂修饰,实现了CQDs的多色荧光发射性能并进一步与高分子聚合物进行复合,得到了具有稳定荧光发射特性的复合高分子荧光薄膜。本论文研究内容及结果如下:
  1、以不同来源的石墨碳棒为电极,NaOH的乙醇溶液为电解液,通过电解法得到碳量子点溶液。其中,市售石墨棒为原料制备的碳量子点粒径为2~4nm,呈高分散状态,当激发波长λex=365nm时,荧光最大强度发射峰位在420nm,采用溶剂挥发法制备了CQDs/PMMA复合薄膜以及CQDs/PVA复合薄膜,有效地克服了CQDs溶液荧光稳定性较差的缺点,荧光稳定性良好。
  2、以柠檬酸、尿素为原料,通过甲苯、二甲苯、乙醇、丁醇和环丁砜等溶剂采用回流法一步制备了无需后处理的多色荧光碳量子点。其中,以沸点为110℃的甲苯为溶剂回流得到的碳量子点,颗粒粒径在3~6nm,荧光性能最优。将油溶性CQDs与PMMA复合成CQDs/PMMA复合薄膜,当λex=415nm和λex=450nm时,具有明亮的红、黄、绿三色荧光。水溶性CQDs与PVA以及白乳胶复合制成CQDs/PVA复合薄膜和CQDs/白乳胶复合物,当λex=415nm和λex=450nm时,CQDs/PVA复合薄膜具有肉眼可见的红、黄、绿色荧光。当λex=365nm时,CQDs/白乳胶复合物具有绿色荧光。
  3、以柠檬酸和硫脲为原料,DMF为溶剂,通过系列温度下的溶剂热法制备出多色荧光碳量子点。其中,在160℃下反应得到的CQDs颗粒粒径在6~8nm,荧光性能最优,当λex=365nm时,荧光发射强度为7200,具有明亮的红、橙、黄、蓝等多色荧光以及优异的上转换荧光特性。将CQDs分别与PMMA、PVA复合制成CQDs/PMMA复合薄膜和CQDs/PVA复合薄膜,当λex=415nm和λex=450nm时,CQDs/PMMA复合薄膜和CQDs/PVA复合薄膜分别呈现红、黄、绿多色荧光。
[专利] 实用新型 CN201621424451.9
北京化工大学 2017-08-22
摘要:本实用新型公开了一种针片辊式无针静电纺丝装置,主要包括电机、蠕动泵、毛刷供料系统、针片辊式装置、储液槽、电极板、风刀、接收辊、传动装置、接收板、支撑框架和高压静电发生器,毛刷供料系统由分流管和毛刷组成,纺丝液通过蠕动泵进入分流管后均匀分布到毛刷上;针片辊式装置由中心轴、针片、隔板和锁紧螺母组成,针片尖端与毛刷紧密接触。本实用新型一种针片辊式无针静电纺丝装置,针片的针尖易激发形成连续的带电多射流,可以大大提高纺丝效率;通过调节针片长度、针密度和针片间距改变纺丝电场的场强分布,进而调控最终纤维直径和形貌;采用毛刷供料装置可以实现均匀即时供料,风刀不仅可以细化纤维,而且可以改变纤维运动方向;接收方式可替换。
[专利] 发明专利 CN201611204230.5
北京化工大学 2017-03-22
摘要:本发明公开了一种针片辊式无针静电纺丝装置,主要包括电机、蠕动泵、毛刷供料系统、针片辊式装置、储液槽、电极板、风刀、接收辊、传动装置、接收板、支撑框架和高压静电发生器,毛刷供料系统由分流管和毛刷组成,纺丝液通过蠕动泵进入分流管后均匀分布到毛刷上;针片辊式装置由中心轴、针片、隔板和锁紧螺母组成,针片尖端与毛刷紧密接触。本发明一种针片辊式无针静电纺丝装置,针片的针尖易激发形成连续的带电多射流,可以大大提高纺丝效率;通过调节针片长度、针密度和针片间距改变纺丝电场的场强分布,进而调控最终纤维直径和形貌;采用毛刷供料装置可以实现均匀即时供料,风刀不仅可以细化纤维,而且可以改变纤维运动方向;接收方式可替换。
[专利] 发明专利 CN201510650659.6
北京化工大学 2016-03-02
摘要:本发明公开了一种多孔柔性管无针静电纺丝装置,包括纺丝液储存室、液压泵、多孔柔性管、支撑框架、卡箍、高压静电发生器、接收网帘和导辊,液压泵与纺丝液储存室相连,进料口位于多孔柔性管一端,多孔柔性管通过绝缘材料的卡箍固定在支撑框架上,卡箍与支撑框架为螺纹连接,多孔柔性管另一端用管接头密封,高压静电发生器连接多孔柔性管外表面,接收装置位于多孔柔性管的正上方和正下方,导辊固定在支撑框架上,接收网帘固定在导辊上,随着导辊的滚动,接收网帘可以输出卷装的纳米纤维毡,接收网帘通过导线接地。本发明通过调控液压泵调节管内纺丝液背压可改变内管上的孔径,使用金属蛇皮管表面可形成多种形式分布的金属线棱,容易产生更多射流。
[硕士论文] 张艳萍
材料学 北京化工大学 2007(学位年度)
摘要:分别采用称重法、静态力学性能测试、动态力学性能测试、红外分析、扫描电镜等研究了碳纤维环氧树脂(CF/EP)复合材料在不同介质条件下的吸湿特性,在热氧、紫外和冷热交替条件下的老化规律。(1)研究了CF/EP复合材料在不同介质下的吸湿率,比较了其吸湿特性。结果表明,在蒸馏水和NaCl水溶液中,CF/EP复合材料的吸湿符合菲克(Fick)第二定律;而在H2SO4溶液和NaOH溶液中的吸湿则不符合;另外,升高温度加快了水在复合材料中的扩散速度。(2)研究了热氧条件对CF/EP复合材料的性能影响。结果表明:不同温度下碳纤维/环氧树脂复合材料的失重率随老化时间的增加而指数增大;材料的热氧老化在25℃和100℃主要为物理老化,无新物质生成;而150℃时既有物理老化,又有化学老化,有部分分子结构破坏和新物质生成。(3)研究了紫外辐射对CF/EP复合材料的性能影响。结果表明:紫外对CF/EP复合材料具有紫外光固化作用,使得CF/EP复合材料的弯曲强度得到较大提高;而在水与紫外同时作用的条件下,由于水对紫外光的吸收,掩盖了光固化作用,同时,水可充当增塑剂,使树脂基体变软,并导致纤维/树脂基体间界面的脱粘,使材料的弯曲强度降低,但是通过IR检测可知,该复合材料没有发生化学变化。(4)研究了冷热交替对CF/EP复合材料的影响,结果表明,碳纤维/环氧树脂复合材料在-20℃~100℃骤冷骤热的环境下老化960h,其力学性能无明显变化,但有化学反应发生。
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