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研究生:潘黃欽
研究生(外文):Huang-chin Pan
論文名稱:PEO奈米纖維膜之靜電紡絲製程參數探討
論文名稱(外文):The Parameters of Electro-spun Process of PEO Nano-fiber Film
指導教授:石天威石天威引用關係
學位類別:碩士
校院名稱:逢甲大學
系所名稱:紡織工程所
學門:工程學門
學類:紡織工程學類
論文種類:學術論文
論文出版年:2007
畢業學年度:95
語文別:中文
論文頁數:106
中文關鍵詞:影像分析連續性靜電紡絲製程過濾效能電紡奈米纖維膜
外文關鍵詞:Image analysisElectro-spun nano-filmFiltration efficiencyElectro-spun industrialization
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靜電紡絲技術在基礎及應用的研究已有相當的成果,然而在面臨製程化的過程中尚有一些問題並未獲得解決,如低吐量的限制未能有效克服、纖維直徑的均勻性、成網之基重均勻性等,因此仍然有相當大的提升空間,值得進一步深入探討。
本實驗建立在前人的研究基礎上,以濃度5% wt的PEO紡絲液(Mw:300,000 g/mole)進行三個階段的實驗及探討分析,期盼建立連續性多孔式靜電紡絲製程。第一階段以4種收集屏及2種紡黏不織布支撐材的全因子組合並藉由影像分析來比較電紡纖維沉積的均勻性,得到以不�袗�平板收集屏和平版紡黏不織布支撐材的組合其變異係數最小。第二階段則以第一階段的結果進行改變輸出電壓、泵浦吐量及紡嘴與收集屏的距離(CSD)等3個靜電紡絲參數的全因子實驗,並以SEM分析電紡纖維的直徑變異性。結果以輸出電壓41 kV、泵浦吐量0.3573 ml/min及CSD 42 cm的參數下,可得纖維平均直徑578.69 nm,變異係數13.405%。第三階段則以第一及第二階段的結果進行連續捲取試製,在電紡奈米纖維膜基重(Base weight,B.W)7.257 g/m2時,以TSI 8130(32LPM,NaCl)量測,其過濾效能可達91.2%、壓損為13.8 mm-H2O。
Electro-spun technical principles had been studied and applied at present. Some problems need to surmount for industrialization, such as low throughput, variation of fiber diameter and base weight etc.
This study included three steps for industrialization of electro-spun process to solve above problems for nano-fiber film. The condition of 5% wt of PEO solution (Mw:300,000 g/mole) was used in this study.First, the suitable collector and supporting media were established through full-factorial experiments and images analysis. An non-embossed spun-bond nonwoven was used as a supporting media and a flat metal plate was selected as a collector in this study. Second, the optimum electro-spun parameters were found by using a full-factorial experiment for varied paraments of working voltage/ throughout/ distance between spinneret and collector (CSD) by a SEM analysis. Results showed that the average fiber diameter was 578.69 nm and variation CV% of fiber diameter was 13.405% at the condition of 42 cm CSD and 41 kV working voltage and 0.3573 ml/min throughput. Thirdly, trial-run with the results of first and second steps, the filtration efficiency was 91.2% with a pressure drop 13.8 mm-H2O by TSI 8130(32LPM, NaCl) analysis.
誌謝 ………………………………………………………………………………………i
中文摘要…………………………………………………………………………………ii
英文摘要 ………………………………………………………………………………iii
目錄 ………………………………………………………………………………………v
圖目錄…………………………………………………………………………………viii
表目錄…………………………………………………………………………………xiii
符號說明 ………………………………………………………………………………xiv
一、前言 …………………………………………………………………………………1
1.1 靜電紡絲(Electrospinning)技術簡介……………………………………………4
1.1.1 靜電紡絲的基本原理 ……………………………………………………………4
1.1.2 聚氧化乙烯(Polyethylene oxide)PEO高分子簡介……………………………6
1.2 文獻回顧 ……………………………………………………………………………8
1.2.1 靜電紡絲技術的源起及相關研究 ………………………………………………8
1.2.2 影響靜電紡絲纖維形態的變因…………………………………………………11
1.2.2.1 高分子溶液特性………………………………………………………………12
1.2.2.2 操作參數………………………………………………………………………12
1.2.2.3 操作環境………………………………………………………………………12
二、理論…………………………………………………………………………………18
2.1 靜電紡絲基本理論…………………………………………………………………18
2.1.1 臨界電位理論(theory of critical value)…………………………………18
2.1.2 電紡射流剖面分析………………………………………………………………19
2.1.3 電紡射流的鞭動(whipping)理論………………………………………………20
2.2 Adobe Photoshop CS 8.0.1之影像分析原理 …………………………………23
2.2.1 像素尺寸及影像解析度…………………………………………………………23
2.2.2 色階分佈…………………………………………………………………………23
2.3 微粒過濾理論………………………………………………………………………25
2.3.1 微粒過濾機制……………………………………………………………………25
2.3.2 TSI 8130微粒過濾效率檢測原理………………………………………………27
三、實驗…………………………………………………………………………………29
3.1 實驗藥品……………………………………………………………………………29
3.2 實驗材料……………………………………………………………………………30
3.3 靜電紡絲實驗設備…………………………………………………………………31
3.4 本實驗之靜電紡絲設備裝置………………………………………………………34
3.5 實驗分析儀器………………………………………………………………………36
3.6 PEO高分子溶液製備 ………………………………………………………………38
3.7 實驗步驟……………………………………………………………………………39
3.7.1 實驗規劃…………………………………………………………………………39
3.7.2 實驗流程…………………………………………………………………………40
3.7.3 靜電紡絲實驗操作步驟…………………………………………………………41
3.7.4 試樣製備…………………………………………………………………………42
3.7.4.1 第一階段試樣製備……………………………………………………………42
3.7.4.2 第二階段試樣製備……………………………………………………………44
3.7.4.3 第三階段試樣製備……………………………………………………………45
四、結果與討論…………………………………………………………………………46
4.1 第一階段 ― 改變收集屏及支撐材形態對纖維沉積分佈的影響………………46
4.1.1 實驗觀察…………………………………………………………………………46
4.1.2 試樣分析…………………………………………………………………………49
4.1.3 第一階段試樣分析結果與討論…………………………………………………51
4.2 第二階段 ― 改變靜電紡絲參數對纖維直徑分佈及變異的影響………………60
4.2.1 實驗觀察…………………………………………………………………………60
4.2.2 試樣分析…………………………………………………………………………62
4.2.3 第二階段試樣分析結果與討論…………………………………………………64
4.2.3.1 輸出電壓強度對纖維直徑分佈及變異的影響………………………………64
4.2.3.2 泵浦吐量對纖維直徑分佈及變異的影響……………………………………74
4.2.3.3 紡嘴與收集屏距離(CSD)對纖維直徑分佈及變異的影響 …………………83
4.3 第三階段 ― 連續性多孔式靜電紡絲纖維膜之過濾效率及壓損………………94
4.3.1 實驗觀察…………………………………………………………………………94
4.3.2 試樣分析結果與討論……………………………………………………………99
五、結論 ………………………………………………………………………………102
5.1 收集屏及支撐材形態對纖維沉積分佈的影響 …………………………………102
5.2 靜電紡絲參數對纖維直徑分佈及變異的影響 …………………………………103
5.3 連續性多孔式靜電紡絲製程建立 ………………………………………………103
六、參考文獻 …………………………………………………………………………104
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QRCODE
 
 
 
 
 
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                               
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