DOI: 10.1002/pen.25622

本研究设计了一种用于收集电纺纤维的带有轴向对准杆的圆柱形心轴，并对其进行了相关测试。通过对含有非挥发性溶剂间甲酚的溶液进行静电纺丝制备出聚苯胺/聚环氧乙烷混合纤维。樟脑磺酸用作一次掺杂剂，间甲酚用作二次掺杂剂以增强纤维的导电性。旋转的光滑圆柱形心轴收集器无法收集并排列纤维，而是形成了一层湿的粘性薄膜。一个旋转的八杆圆柱形心轴可产生一层由直径为7-10μm的纤维组成的干燥定向纤维膜。在连续纺丝过程中至少可保持18h对齐，由此产生的膜可以很容易地从心轴上取回。旋转系统的仿真实验表明，波纹杆的高传质系数有助于高效地形成干燥、无粘性、排列整齐的纤维膜。实验结果表明，最好使用6-10根杆，以避免在低端出现纤维下垂，在高端增加传质阻力。

图1.COMSOL仿真中使用的心轴设计的几何结构。该心轴上有八根杆沿圆柱轴向对齐

图2.在光滑的心轴上静电纺丝18h后形成的聚合物片的照片。（A）在30kV下静电纺丝。（B）在50kV下静电纺丝。（C）在静电纺丝实验（A）中形成的片材的扫描电子显微镜（SEM）图像。（D）在静电纺丝实验（B）中形成的片材的SEM图像（B）[颜色图可在wileyonlinelibrary.com上查看]

图3.心轴的八杆设计及其在静电纺丝中的应用。（A）所示为八杆心轴。（B）在静电纺丝过程中，八杆心轴显示为一个旋转的滚筒收集器[颜色图可在wileyonlinelibrary.com上查看]

图4.通过在带有八杆的心轴上静电纺丝制备的定向纤维。9:1聚苯胺-聚环氧乙烷（PANI-PEO）纤维的（A，B）扫描电子显微镜（SEM）图像，（C）照片，（D）直径分布。4:1 PANI-PEO纤维的（E，F）SEM图像，（G）照片，（H）直径分布[颜色图可在wileyonlinelibrary.com上查看]

图5.在八杆心轴上静电纺丝不同时间制备的聚苯胺-聚环氧乙烷（PANI-PEO）纤维。静电纺丝（a）2小时，（B）6小时，（C）12小时，（D）18小时后，PANI-PEO纤维的排列[颜色图可在wileyonlinelibrary.com上查看]

图6.使用MATLAB代码源进行对齐分析（向量图）

图7.光滑心轴和八杆心轴表面的传质系数比较

图8.光滑和杆心轴表面之间的溶剂蒸发浓度曲线。颜色图例：蓝色-最低浓度，红色-最高浓度。线是流场的流线[颜色图可在wileyonlinelibrary.com上查看]

图9.传质系数与八杆心轴转速（rpm）的线性关系

图10.光滑心轴以及6、8和10杆心轴的传质系数与时间的关系