DOI:10.1016/j.polymer.2020.122609

本研究首次通过计算双组分纤维内部的固有曲率来描述熔喷和电纺纤维中螺旋结构形态发展的模型。理论模型将双组分射流固有曲率的物理模型与应用物理场中的射流动力学结合起来。研究了双组分射流非均匀拉伸引起的固有曲率的机械性能。基于此模型，本研究报告了熔喷PP/TPU和电纺CA/TPU纤维固有曲率的发展。通过该模型预测了一些参数对螺旋微/纳米纤维固有曲率的影响，为螺旋微/纳米纤维的制备提供了依据。

图1.（a）插入双层带材（AB）i的双组分射流模型示意图,（b）将ith元素的圆形横截面转换为矩形的示意图

图2.双层带材（AB）i转变为弯曲带材的示意图

图3.球珠粘弹性单元射流模型示意图

图4.（a）熔喷过程中气流场的速度分布，（b）静电纺丝中的电场分布

图5.（a）熔喷装置和（b）静电纺丝装置的示意图

图6.（a）PP和TPU在熔喷时的应变（黑线）和（b）TPU和CA在静电纺丝时的应变（红线）以及两个组分之间的应变差（红线）

图7.在复配比为3/1（PP/TPU）和施加风速为280 m s-1的熔喷过程中，双组分射流的本征曲率ki随着与喷丝头（a）距离的增加而发展，温度为260℃，（b）在静电纺丝过程中，进料速率比为2/3（CA/TPU），施加电压为25 kV

图8.（a）熔喷PP/TPU纤维和（b）电纺CA/TPU纤维的SEM图，c）半径为r、螺距为p的螺旋线

图9.由（a）2/1、（b）3/2、（c）1/1、（d）2/3和（e）1/2的不同进料速度比获得的具有螺旋结构的电纺CA/TPU纤维的FE-SEM图像，（f）由不同进料速度比制备的电纺CA/TPU螺旋纤维的曲率散点图，（g）不同体积比的电纺CA/TPU双组分纤维固有曲率的折线图

图10.在（a）20 kV、（b）22 kV、（c）25 kV的不同施加电压下获得的具有螺旋结构的电纺CA/TPU纤维的FE-SEM图像。（d）不同施加电压下制备的电纺CA/TPU螺旋纤维的曲率散点图。（e）不同施加电压下电纺CA/TPU双组分纤维固有曲率的折线图

图11.由（a）不同空气速度和（b）不同体积比在20 cm距离处制备的熔喷PP/TPU双组分纤维的固有曲率散点图

图12.（a）在20 cm距离处具有不同组分弹性模量比的熔喷双组分纤维和（b）在12.5 cm距离处具有不同组分弹性模量比的电纺双组分纤维的固有曲率散点图