¿Cuáles son las aplicaciones de la electricidad estática?
Principio: El electrohilado se refiere al proceso en el que una solución (o masa fundida) de polímero forma fibras bajo la acción de un campo eléctrico de alto voltaje. Su núcleo es hacer que una solución de polímero cargado o fusión fluya y se deforme en un campo electrostático, y luego solidifique mediante evaporación de solvente o enfriamiento de fusión para obtener materiales fibrosos. Una característica importante es que el diámetro de las fibras puede oscilar entre decenas y cientos de nanómetros, y en la literatura a menudo se las llama nanofibras. Las membranas de fibras ultrafinas se pueden formar directamente mediante electrohilado y se caracterizan por una gran superficie específica y un tamaño de poro pequeño. El electrohilado fue patentado por primera vez por Formhals en 1934. Sin embargo, en los últimos 10 años, con el desarrollo de la nanotecnología, se ha mejorado gradualmente una gran cantidad de trabajo experimental y una investigación teórica en profundidad sobre el electrohilado. Sus posibles aplicaciones en diferentes campos técnicos y el mecanismo de formación de fibras se analizan en detalle en Reneker et al.
En el proceso de electrohilado, la solución o masa fundida de polímero se carga con electricidad estática de alto voltaje de miles a decenas de miles de voltios. Las gotas de polímero cargadas giran en el vértice del cono de Taylor del capilar que se encuentra debajo. La acción del campo eléctrico se acelera. Cuando la fuerza del campo eléctrico es lo suficientemente grande, las gotas de polímero pueden superar la tensión superficial para formar un chorro. Durante el proceso de pulverización, el disolvente se evapora o solidifica y finalmente cae sobre el dispositivo receptor para formar una estera de fibra similar a una tela no tejida. El motivo de la formación del cono de Taylor se explica a continuación [32]: según el estudio de los fenómenos superficiales, la gota en la parte superior del capilar se convertirá en un hemisferio convexo. Se puede aplicar un potencial eléctrico a la superficie de la gota y la curvatura de la superficie de la gota cambia gradualmente. Cuando el potencial alcanza un cierto valor crítico Vc, la gota hemisférica se convertirá en un cono con un ángulo de 49,3°. Este cono cargado se llama cono de Taylor.
El proceso de electrohilado parece sencillo, pero es muy difícil discutir el mecanismo. Abarca diferentes ramas de la física, la química y la ingeniería química, incluidas principalmente la electrostática, la electrohidrodinámica, la reología, la aerodinámica, la turbulencia, el transporte de carga, la transferencia de masa y la transferencia de calor en superficies sólido-líquido. Hay muchos factores inestables. Shin et al. resumieron tres factores inestables a través de una investigación detallada sobre el giro de PEO. La primera es la inestabilidad viscosa (también conocida como inestabilidad de Rayleigh), que es causada principalmente por la interacción de la fuerza capilar y la fuerza viscosa. Esta inestabilidad es bien conocida en la hilatura convencional. La segunda es la inestabilidad de tracción axialmente simétrica, que es causada por las fuerzas sobre la densidad de carga superficial en el campo eléctrico tangencial. Esta fuerza y viscosidad juntas conducen a la deformación simétrica del eje y al flujo de la corriente fina. El tercer tipo es la inestabilidad por flexión no simétrica del eje, o inestabilidad "en forma de látigo", en la que los dipolos y las cargas del fluido fluctúan en el campo eléctrico y se esfuerzan en la dirección normal del eje, provocando flexión. Las dos últimas inestabilidades son causadas enteramente por fuerzas de campo eléctrico, ambas son transicionales y pueden amplificarse a medida que se producen fibras [34-35]. Si otros parámetros permanecen constantes, la intensidad del campo eléctrico será proporcional a esta inestabilidad. El primer tipo de inestabilidad, la inestabilidad de Rayleigh, ocurre cuando la intensidad del campo eléctrico es muy baja, cuando la intensidad del campo alcanza un cierto nivel, la flexión o "latigazo" es el factor principal;