Что в архиве:

РЕФЕРАТ

Выпускная квалификационная работа представлена расчетно-пояснительной запиской, содержащей:

• Страниц машинописного текста – 102;
• Рисунков – 30;
• Таблиц – 4;
• Графических и информационных материалов – 6 листов формата А1.

Сущность проведенной работы заключается в изучении механизмов получения нановолокна, обосновании эффективности метода электроспиннинга, проектировании установки электроспиннинга, а также модернизации ее для возможности обработки готовых нановолокон коронным разрядом.
Работа выполнена студентом Бойно-Родзевичем Р. И. под руководством к.т.н. Шарапова Н. А. на базе лаборатории НИИ ЭМ МГТУ им. Н. Э. Баумана.
Синтез нановолокон представляет собой на данный момент одну из приоритетных производственных задач в связи с ростом потребности промышленности в нановолоконных фильтрах, мембранах, установках. Кроме того, синтез нановолокна методом электроспиннинга находит место в медицине, в частности, при трансплантации органов.
Разработка новой установки позволит более дешево и быстро синтезировать большие объемы нановолокна. Модернизация установки путем возможности воздействия коронным разрядом на готовые нановолокна позволит придавать нановолокнам из различных материалов свойства, которые могут потребоваться при работе с потенциально опасными загрязняющими веществами, а также для снижения процента отторжения имплантов.
Кроме того, аппаратурная простота метода и его экологическая безопасность дают экономическое и технологическое преимущество перед более старыми способами.

Ключевые слова: электроспиннинг, электроформование, нановолокно, мембраны, фильтры, коронный разряд, каскадный генератор.
СОДЕРЖАНИЕ
РЕФЕРАТ. 5
ВВЕДЕНИЕ. 9
1 Общие понятия об электроспиннинге. 10
1.1 Принцип действия установок электроспиннинга. 10
1.2 Краткая история метода ЭФВ.. 11
2 Особенности применения прядильных растворов. 13
3 Электрогидродинамика процесса ЭФВ.. 17
3.1 Условие существования стационарной первичной струи. 17
3.2 Факторы, определяющие диаметр волокон в процессе ЭФВ.. 21
3.3 Расщепление первичной струи на дочерние. 24
4 Электрогазодинамика процесса ЭФВ.. 27
4.1 Критерии зажигания коронного разряда и виды корон. 27
4.2 Коронный разряд с первичной струи. 31
5 Требуемые параметры установок электроспиннинга. 34
5.1 Параметры системы нагнетания раствора. 34
5.2 Параметры системы энергообеспечения. 35
6 Способы получения высоких постоянных напряжений. 37
6.1 Генератор Ван де Граафа. 37
6.2 Схема «трансформатор и выпрямитель». 38
6.3 Каскадная генерация. 39
7 Устройство и расчет каскадного генератора. 42
7.1 Подбор количества каскадов и принципиальная схема. 42
7.2 Расчет потерь при нарастании каскадов. 46
7.3 Подбор диодов. 49
7.4 Соотношения электрофизических величин при генерации. 50
7.5 Система автоматического управления генерацией по отклонению.. 54
7.6 Структурная схема установки энергообеспечения. 57
8 Обработка поверхности подложки коронным разрядом. 60
8.1 Цели обработки. 60
8.2 Возможный способ обработки и его результаты.. 63
8.3 Проектирование подложки и системы коронирующих электродов. 65
9 Экономическое обоснование проектирования установки. 73
10 Экологическое обоснование проектирования установки. 75
11 Обоснование проектирования установки со стороны охраны труда. 77
ЗАКЛЮЧЕНИЕ. 80
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ. 82
ПРИЛОЖЕНИЕ А.. 86
ПРИЛОЖЕНИЕ Б. 87
ПРИЛОЖЕНИЕ В.. 88

ВВЕДЕНИЕ

В современном мире все больше применения находится технологиям, идущим по пути миниатюризации. Все чаще можно встретить аппараты и механизмы, которые связаны с нанотехнологиями. Так или иначе, эти технологии применяются для фильтрации газов и жидкостей, для создания композитов, в энергетике, медицине, для создания точных сенсоров и аффинных мембран.
Существует множество способов получения наночастиц, нановолокон и наномембран – например, метод вытягивания, метод нанофильер, конденсационные методы, методы детонационного синтеза. Все они имеют достаточно широкую область применения в производстве на сегодняшний день.
Одним из наиболее гибких, недорогих и удобных для производства методов является метод электроформования, а особенно – его частный случай, метод электроспиннинга. Под этим названием понимают совокупность процессов, которые приводят к образованию нановолокон в результате действия электростатических сил на электрически заряженную струю полимерного раствора или расплава.
Данная работа является логическим продолжением выполненной ранее курсовой работы на тему «Построение математической модели процесса получения нановолокон пентаоксида ванадия методом электроспиннинга». В курсовой работе было приведено достаточно обширное математическое описание процесса, в данной же работе больше внимания будет уделено его технологической составляющей. В том числе, будут рассмотрены системы электрообеспечения электроспиннинга, устройства, предохраняющие нановолокна от воздействия коронного разряда в процессе застывания, а также устройства, которые позволят воздействовать газовым разрядом на готовое синтезированное волокно.

1 Общие понятия об электроспиннинге

1. Принцип действия установок электроспиннинга

В общем и целом, физическая основа электроспиннинга заключается в следующем: электрическое напряжение от единиц до ста киловольт прикладывается к раствору или расплаву полимера, который при помощи дозатора подается через капилляр. Высокое напряжение индуцирует в растворе полимера одноименные электрические заряды, которые, в результате кулоновского электростатического взаимодействия, приводят к вытягиванию раствора полимера в тонкую струю.
В процессе электростатического вытягивания полимерной струи она может претерпевать ряд последовательных расщеплений на более тонкие струи при определенном соотношении значений вязкости, поверхностного натяжения и плотности электрических зарядов (или напряженности электростатического поля) в волокне. Полученные струи отверждаются за счет испарения растворителя или в результате охлаждения, превращаясь в волокна, и под действием электростатических сил дрейфуют к заземленной подложке, имеющей противоположное значение электрического потенциала [1].