静电纺纳米纤维的工艺原理_应用及发展前景
静电纺丝技术的原理及应用前景
静电纺丝技术的原理及应用前景随着时代的发展，科技的不断进步，纺织工业也不断得到新的提升，其中静电纺丝技术是近年来突破性的技术之一。
静电纺丝是一种新型的材料制备方法，这种方法可以制备出极细的纤维，具有应用前景广阔。
一、静电纺丝技术的原理静电纺丝是指通过高压电场将高分子材料纤维化的一种方法，其原理是利用电场的力量将聚合物液滴从尖端拉伸，喷到距离高压电极的距离处，同时在喷雾丝所在的电场下强制拉伸成纤维形状。
这种方法可以制备出直径从几纳米到几微米的纳米级纤维。
在静电纺丝技术中，原料物质首先通过溶液的形式送入静电纺丝装置中。
将溶液注入静电喷射电极中，当喷出的溶液滴遇到高压静电场时，液滴表面产生了电荷，由于同性相斥，液滴表面会产生一种电势差，从而导致溶液滴的形成变成了锥状，直至其顶端形成了一个纤维化的喷嘴。
当荷电的液滴通过电场的作用被拉伸时，产生了“喷点”对应的“收点”，在喷点到收点之间产生了电张力，从而拉伸液滴，形成如丝质般的超细纤维。
二、静电纺丝技术的应用前景1. 医疗卫生领域静电纺丝技术在医疗卫生领域的广泛应用。
由于其制备的纤维可模拟自然生物纤维的结构，因而制得产品具有很好的生物有效性，可以用作人工血管、人工血小板、人工心脏瓣膜、骨结构支架等等。
也可以制备用于防疫物资、医疗包装、医用敷贴等等。
2. 纺织领域静电纺丝技术在纺织领域是一种绿色技术。
传统的纺织产品采用有机溶剂、洗涤液等，会产生大量的有害气体和废液，造成严重的环境问题，而静电纺丝可以在无需溶剂的情况下将纤维化，不会污染环境，符合绿色可持续发展的理念。
由于其优秀的性能，静电纺丝技术的应用在穿戴、防守装备、运动装备等方面具有广阔的前景。
3. 能源领域静电纺丝技术可以制备高性能的锂离子电池、超级电容器等能源材料。
新型锂电池具有高比能量、长循环寿命、快速充放电等特点，已经成为电动汽车、移动设备等新型电源的首选。
静电纺丝技术可以制备纳米级、微米级的无序三维材料结构,极大提高了锂离子电池和超级电容器电极的电荷传递速率。
静电纺丝技术制备纳米纤维的基本原理与应用
静电纺丝技术制备纳米纤维的基本原理与应用静电纺丝技术是近年来较为成熟的纳米纤维制备技术之一，具有高效、简便、易操作等特点。
本文将介绍静电纺丝技术的基本原理，探讨其应用领域，并简单举例说明。
一、静电纺丝技术的基本原理静电纺丝技术是指将高分子溶液通过高压电场作用，形成纳米级的纤维。
其工作原理基于三个主要因素：高分子的表面张力、电荷密度和电场强度。
在电场的作用下，载有电荷的高分子溶液会形成电荷分布，随后在电场的作用下，溶液中的高分子链状分子朝向电极移动而形成了纳米级的纤维。
这些纳米纤维以径向跟随电场分布，并且由于高分子链间的极性相互作用力、表面张力等因素的固化作用下逐渐形成完整的纳米纤维膜。
二、静电纺丝技术的应用领域(一) 高分子工业静电纺丝技术在高分子工业上有着广泛的应用。
由于其纳米纤维的特殊性质，可以增强高分子材料的机械性能、光学性能、电学性能等特征。
高分子纳米纤维的应用范围涉及到纺织品、防辐射针织品、过滤器、滤清器、气凝胶、船用材料等。
(二) 食品科学静电纺丝技术在食品科学中也有着广泛的应用。
利用静电纺丝技术制备的纳米纤维对于食品中的油脂、营养成分、气味等具有吸附、封存、保护的效果。
同时，纳米纤维膜具有较高的透气性能和大表面积，可以被应用于保鲜、包装、防霉、防菌等方面。
(三) 医药领域静电纺丝技术在医药领域中的应用较为广泛。
制备高分子纳米纤维材料用于医疗设备的制造，例如口罩、医用手套、敷料等。
此外，静电纺丝在药物传输、生物识别、细胞培养、组织修复等方面也有着广泛的应用。
三、例子详解——静电纺丝技术制备抗菌口罩随着新型冠状病毒的传播，口罩成为了人们必备的生存物品。
传统的口罩材料往往有着较为严重的缺陷，无法对抗空气中的病原体产生作用，再加上长时间佩戴，出现细菌和真菌的滋生。
基于静电纺丝技术的口罩材料则可以有效地解决上述问题。
利用静电纺丝技术，制备的口罩材料具有高度的表面积，并且具有极佳的抗菌和透气性能。
静电纺纳米纤维制备及力学性能分析
静电纺纳米纤维制备及力学性能分析一、静电纺纳米纤维制备的技术原理和工艺流程静电纺纳米纤维是一种新型材料，利用静电场将聚合物或其他高分子化合物制成细纤维。
通过静电纺纺纤技术，可以制备纤维直径在几百纳米至几微米范围内的超细纤维。
在制备过程中，静电纺纺纤器是核心设备，主要由高压电源、液体喷头和收集器组成。
制备过程主要分为溶液制备、纺丝和定型三个步骤。
其中，纺丝过程又分为电荷分离、电荷传输和纤维形状控制三个阶段。
二、静电纺纳米纤维的力学性能表征与分析静电纺纳米纤维的力学性能是制备过程中需要关注的问题之一。
目前，主要通过扫描电子显微镜（SEM）、透射电子显微镜（TEM）、基准伸长实验（Tensile Test）等手段来表征力学性能。
其中，强度和伸长率是评价静电纺纳米纤维力学性能的重要参数。
强度代表纤维的耐拉强度，伸长率代表纤维的柔韧性。
另外，还需考虑纤维表面形貌、断裂形貌等因素。
三、静电纺纳米纤维在建筑材料领域的应用现状与发展前景静电纺纳米纤维在建筑材料领域有着广泛的应用前景，主要包括轻质高效隔音材料、防水防腐材料和高性能增强材料等方面。
目前已有许多研究团队在该领域进行了探索，并取得了令人瞩目的成果。
未来，随着科技的快速发展和社会需求的提高，静电纺纳米纤维在建筑材料领域的应用前景将更加光明。
四、静电纺纳米纤维在墙体隔音材料的应用案例静电纺纳米纤维在墙体隔音材料方面的应用是其最为广泛和深入的领域之一。
例如，耐温性和抗损耗性好、比表面积大的静电纺纳米纤维适用于工业噪声控制；而针对室内低频噪声控制，采用有机硅的方法可以降低隔音材料的临界频率，进而增强材料的低频隔音效果。
五、静电纺纳米纤维在建筑装饰材料中的应用案例静电纺纳米纤维在建筑装饰材料中也有着广泛的应用前景。
例如，利用静电纺纤维技术制备的高透光的无缝墙布可以有效防止建筑室内潮湿、霉变和渗漏等现象；静电纺纳米纤维还可以用于制备阻燃材料，增强材料的防火性能等等。
静电纺丝制备纳米纤维的工艺优化与应用
静电纺丝制备纳米纤维的工艺优化与应用纳米科技的快速发展已经影响着我们的生活，无论是医学、环保、能源、电子等产业，都借助了纳米技术的力量。
其中的纳米纤维材料，由于其高比表面积、小直径、良好的生物相容性和生物降解性等特性，成为了研究热点。
而静电纺丝技术由于其高效、简单、低成本等优势，成为制备纳米纤维的重要手段。
本文将着重探讨静电纺丝制备纳米纤维的工艺优化与应用。
静电纺丝工艺及其优化静电纺丝(ES)是以高电场为驱动力的纳米纤维制备方法，将高分子溶液通过毛细管喷口，形成了小直径的流，再在外加高压电场的作用下飞行到收集器上，从而形成纤维。
其制备过程简单，操作便捷，但在过程中也存在诸多问题，如流动特性、丝流粘度、喷口直径等，影响着纳米纤维的成型、直径和形态等。
流动特性是指在毛细管内的溶液流动特性，对于纤维直径、分子取向以及性质等有着至关重要的影响。
不同的高分子和溶剂对于ES过程的影响不尽相同。
因此优化交联的条件，选择适合ES制备的体系有着重要的意义。
丝流粘度和喷头直径也十分关键，选择小喷头能够制得更细的纤维，同时丝流粘度的大小对于制备纤维直径、形态有着很大的影响，因此丝流粘度的调控是制备优质纳米纤维的必要条件。
所以纳米纤维的制备是一个综合性过程，生产工艺的优化能够大大影响纳米纤维的性能。
纳米纤维的应用前景静电纺丝制备的纳米纤维具有许多特殊的性质和优良的应用前景，如大比表面积、高比强度、高机械性能、光学活性等，因此在很多领域都有广泛的应用。
医学领域，静电纺丝制备的纳米纤维能够通过改变各种因素来调节其大小、形态和物化特征，使其具有良好的生物相容性和生物活性，可在骨组织修复、心血管修复、神经修复、智能药物释放、皮肤修复等方面进行应用。
环保领域，静电纺丝制备的纳米纤维可用作高效过滤材料、吸附材料、阻燃材料等，可应用于空气、水和土壤等环境污染治理方面。
能源领域，静电纺丝制备的纳米纤维用于能源的高效转换和存储方面，如构建新型锂离子电池、柔性太阳能电池、储氢材料等。
静电纺丝技术制备纳米纤维材料的研究与应用
静电纺丝技术制备纳米纤维材料的研究与应用随着时代的发展，人们对材料的需求越来越高，尤其是在医疗、环保、能源等领域，对功能性和高性能材料也越来越迫切。
近年来，纳米材料逐渐成为研究的热点，因其具有较大比表面积、强化效应等独特性质，应用前景广阔。
其中，纳米纤维材料具有超细直径、高比表面积等优点，被广泛研究和应用。
而静电纺丝技术作为一种简单、快速、低成本的纳米纤维制备方法，受到了广泛关注。
一、静电纺丝技术简介静电纺丝技术即电纺技术，是在高压下将高分子或其他材料转化为纳米级纤维的加工方法。
传统的制备方法往往需要高温高压、化学处理等复杂过程，而静电纺丝技术不需要外加能量，只需要在适当的实验条件下，通过高电场、溶剂挥发等过程即可制备纳米纤维。
其工艺简单、成本低、制备纳米级纤维材料等优点使得其成为制备纳米级纤维材料的首选方法。
二、静电纺丝技术的应用纳米纤维材料在生物医学、环境工程、能源存储等领域均有重要应用。
静电纺丝技术制备的纳米纤维材料低成本、制备简单、高效、可控性强、对材料的损伤小，逐渐成为研究的热点之一。
以下是静电纺丝技术在各个领域的应用举例。
1. 生物医学纳米纤维材料在生物医学领域具有广阔的应用前景。
静电纺丝技术可制备医用材料，如生物可降解聚合物、天然高分子等，进而制备出纳米级纤维膜、纳米级纤维丝等。
这些纳米级纤维具有较大的比表面积、较好的生物相容性，可应用于组织工程、药物传输、细胞培养等领域。
2. 环境工程静电纺丝技术可制备出纳米纤维复合材料，用于吸附、过滤、分离、气净化等领域。
例如，静电纺丝制备的聚丙烯腈纳米纤维膜具有良好的过滤性能，可用于有机气体过滤等领域；静电纺丝制备的聚合物纳米纤维复合材料具有良好的吸附性能，可应用于水处理、空气净化等领域。
3. 能源存储纳米纤维材料在能源存储领域也有广泛应用。
静电纺丝技术可制备出纳米纤维电极材料，如聚合物基锂离子电池、超级电容器等。
静电纺丝制备的纳米纤维电极材料具有高比表面积、较好的电化学性能和循环稳定性，可应用于新型能源存储设备。
静电纺丝纳米纤维的工艺原理、现状及应用前景
静电纺丝纳米纤维的工艺原理、现状及应用前景一、本文概述本文旨在深入探讨静电纺丝纳米纤维的工艺原理、现状及应用前景。
我们将详细阐述静电纺丝技术的基本原理，包括其工作原理、操作步骤以及关键影响因素。
接着，我们将概述当前静电纺丝纳米纤维的研究现状，包括纳米纤维的制备技术、性能调控以及应用领域等方面的最新进展。
我们将展望静电纺丝纳米纤维的未来应用前景，分析其在各个领域中的潜在应用价值以及可能面临的挑战。
通过本文的综述，我们希望能够为相关领域的研究人员提供关于静电纺丝纳米纤维的全面了解，并为未来的研究提供有益的参考和启示。
我们也期望能够引起更多研究者对静电纺丝纳米纤维技术的关注，共同推动其在各个领域的广泛应用和发展。
二、静电纺丝纳米纤维的工艺原理静电纺丝是一种利用静电场力将高分子溶液或熔体拉伸成纳米级纤维的技术。
其工艺原理主要涉及到电场力、表面张力和高分子链的缠结作用。
在静电纺丝过程中，高分子溶液或熔体被置于一个强静电场中。
当电场强度足够大时，液体表面电荷密度增加，形成泰勒锥。
随着电荷的不断积累，电场力克服表面张力，使得泰勒锥的尖端形成射流。
射流在电场力的作用下被迅速拉伸，同时溶剂挥发或熔体冷却固化，最终形成纳米级纤维。
在这个过程中，高分子链的缠结作用也起到了关键作用。
高分子链之间的缠结使得纤维在拉伸过程中保持一定的结构稳定性，防止纤维断裂。
缠结作用还有助于纤维在接收装置上的沉积和收集。
静电纺丝技术具有操作简便、纤维直径可控、可制备多种材料等优点，因此在纳米材料制备、生物医用、环境保护等领域具有广泛的应用前景。
通过深入研究静电纺丝纳米纤维的工艺原理，可以进一步优化纺丝过程，提高纤维的性能和产量，为相关领域的科技进步做出贡献。
三、静电纺丝纳米纤维的现状静电纺丝技术自其诞生以来，在纳米纤维制备领域已经取得了显著的进展，并逐渐发展成为一种高效、可控的纳米纤维生产方法。
目前，静电纺丝纳米纤维的研究与应用已经涉及到了众多领域，如环境保护、生物医疗、能源科技、纺织工程等。
纳米静电纺丝纤维
纳米静电纺丝纤维纳米静电纺丝纤维是一种具有广泛应用前景的新型材料。
它以其特殊的纳米级纤维结构和良好的性能，在多个领域展示出了巨大的潜力。
本文将对纳米静电纺丝纤维的制备方法、特性及其应用领域进行详细介绍。
一、纳米静电纺丝纤维的制备方法1. 静电纺丝技术静电纺丝是一种将高分子溶液通过电场作用形成纳米级纤维的技术。
基本原理是通过对高分子溶液施加电场，使溶液中的高分子链在电场作用下伸长并形成纤维。
静电纺丝技术具有设备简单、操作方便、成本低廉等优点。
2. 纳米级纤维的控制纳米静电纺丝纤维的制备过程中，能够控制纤维直径和形状对于材料的性能具有重要影响。
通过调节高分子溶液的浓度、流速、电场强度等参数，可以控制纳米级纤维的直径和形状。
同时，添加一些助剂或掺杂物也能够对纤维的形态和性能进行调控。
二、纳米静电纺丝纤维的特性1. 超细纳米级纤维纳米静电纺丝纤维的直径一般在10纳米至1000纳米之间，与传统纺丝纤维相比，直径更小，表面积更大，具有更好的柔韧性和延展性。
2. 高比表面积由于纳米静电纺丝纤维具有超细直径，因此具有更大的比表面积。
这使得纳米静电纺丝纤维具有更高的吸附性能，可用于吸附污染物、制备高效催化剂等。
3. 高强度和耐热性纳米静电纺丝纤维由高分子链纳米级纤维构成，因此具有较高的强度和耐热性。
这使得纳米静电纺丝纤维具有良好的机械性能和高温稳定性，适用于纳米传感器、纳米滤料等领域的应用。
4. 多功能性由于纳米静电纺丝纤维的制备过程中可以控制其形状、直径和组成，因此可以通过注入不同的功能分子、纳米颗粒等使其具有多种功能，如表面增强拉曼散射效应、生物相容性等。
三、纳米静电纺丝纤维的应用领域1. 纳米过滤材料纳米静电纺丝纤维由于其超细直径和高比表面积，在过滤材料领域具有广泛的应用前景。
它可以作为高效的颗粒捕集器和污染物吸附剂，用于空气净化、水处理等方面。
2. 纳米传感器纳米静电纺丝纤维可以用于制备高灵敏度的纳米传感器，用于检测环境中的有害气体、重金属离子等。
静电纺丝技术在纳米纤维领域中的应用
静电纺丝技术在纳米纤维领域中的应用纳米纤维是未来的重要材料之一，具有很多独特的性能，例如具有高比表面积、高强度、高弹性模量等特点，已经在许多领域得到应用。
其中静电纺丝技术是制备纳米纤维的一种重要方法，能够制备由生物材料、聚合物材料、无机材料等制备出各种纳米纤维材料，具有很高的研究和应用价值。
一、静电纺丝技术的基本原理静电纺丝技术是指将高分子聚合物、胶体和微纳米粒子等可溶性物质在高电压下喷射出来的制备纳米纤维的技术。
其操作过程是在一个含有高电压的电场下，使用极细的喷嘴将高分子聚合物或其他溶液，通过喷雾、电晕等各种形式喷到地面上，形成一层非常细小的纳米纤维薄片。
在高压的作用下，喷射物质中的聚合物被强烈拉伸，从而形成非常细小直径为几十纳米的纳米纤维，然后将这些纳米纤维堆叠起来，形成纳米纤维材料。
二、静电纺丝技术的优点静电纺丝技术有许多优点，例如制备方便、成本低廉、制备纳米纤维的直径可以控制、具有良好的可扩展性等。
由于静电纺丝技术不能破坏原料中很小的颗粒，因此其纳米纤维材料可以很好地保持原始材料的性能，并且还可以通过添加其他物质来改变其性能。
静电纺丝技术可以制备出多孔、多层、复合等多种结构的纳米纤维材料，为许多领域的应用提供新的可能性。
三、纳米纤维由于其良好的性能，已经在许多领域得到应用，例如生物医学、环境保护、食品、新能源等。
其中，静电纺丝技术在各个领域的应用也越来越广泛。
1. 生物医学领域：静电纺丝技术被广泛应用于生物医学领域，制备出的纳米纤维材料可以使用于人工组织、药物缓释、细胞培养、组织工程等领域。
例如，研究人员使用静电纺丝技术制备出具有很好生物相容性和生物降解性的可吸收聚乳酸纳米纤维薄膜，用于人工组织修复。
2. 环境保护领域：纳米纤维材料具有高比表面积和高孔隙度，可以应用于空气和水中污染物的过滤和去除。
例如，通过静电纺丝制备的纳米纤维薄膜可以作为空气过滤器使用，可以有效地吸附空气中的PM2.5，净化空气。
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静电纺纳米纤维的工艺原理、应用及发展前景付文丽,康为民,程博闻,李全祥(天津工业大学,天津 300160) 摘 要:静电纺丝是一种新技术,它可制备出直径为纳米级的丝,最小直径可至1nm 。
本文介绍了电纺丝制备原理、设备、影响纤维性能的主要工艺参数,综述了静电纺纳米纤维的应用及其发展前景。
关键词:纳米材料;纳米纤维;静电纺丝中图分类号:TQ340.64 文献标识码:A 文章编号:1009-265X (2009)01-0051-04收稿日期:2008-05-10作者简介:付文丽(1983- ),女,山东青岛人,硕士研究生,主要从事纺织新材料新产品的研究开发。
静电纺丝技术是目前制备纳米纤维最重要的基本方法。
这一技术的核心是使带电荷流体在静电场中流动与变形,最终得到纤维状物质,从而为高分子成为纳米功能材料提供了一种新的加工方法。
由于纳米纤维具有许多特性,例如纤维纤度细、比表面积大、孔隙率高,因而具有广泛的应用。
1 静电纺技术静电纺是一项简单方便、廉价而且对环境无污染的纺丝技术。
早在20世纪30年代,Formals A [123]就已经在其专利中报道了利用高压静电纺丝,但是直到近几年,由于对纳米科技研究的迅速升温,激起了人们对这种可制备纳米尺寸纤维的纺丝技术进行深入研究的浓厚兴趣。
111 静电纺技术的基本原理静电纺丝技术(Electrospinning fiber technique )是使带电的高分子溶液(或熔体)在静电场中流动变形,经溶剂蒸发或熔体冷却而固化,从而得到纤维状物质的一种方法。
对聚合物纤维电纺过程的图式说明见图1。
图1 静电纺丝设备示意图静电纺丝机的基本组成主要有3个部分:静电高压电源、液体供给装置、纤维收集装置。
静电高压电源根据电流变换方式可以分成DC/DC 和AC/DC 两种类型,实验中多用DC/DC 电源。
液体供给装置是一端带有毛细管的容器(如注射器),其中盛有高分子溶液或熔体,将一金属线的一端伸进容器中,使液体与高压电发生器的正极相连。
纤维收集装置是在毛细管相对端设置的技术收集板,可以是金属类平面(如锡纸)或者是旋转的滚轮等。
收集板用导线接地,作为负极,并与高压电源负极相连。
另外随着对实验要求的提高,液体流量控制系统也被渐渐的采用,这样可以将液体的流速控制得更准确。
电场的大小与毛细管口聚合物溶液的表面张力有关。
由于电场的作用,聚合物溶液表面会产生电荷。
电荷相互排斥和相反电荷电极对表面电荷的压缩,均会直接产生一种与表面张力相反的力。
当电场强度增加时,毛细管口的流体半球表面会被拉成锥形,称为Taylor 锥。
进一步增加电场强度,是用来克服表面张力的静电排斥力到达一个临界值,此时带电射流从Taylor 锥尖喷射出来。
带电后的聚合物射流经过不稳定拉伸过程,变得很细很长。
同时溶剂挥发,得到带电的聚合物纤维。
112 静电纺制备纳米纤维的装置目前尚无用于实验的定型的静电纺丝机生产和出售,各研究单位均按照其主要的基本构件(高压静电发生器、进样器、收集器3部分),根据各自的条件自行安装。
Larrondo L 和Manley [4]设计出用于熔体的静电纺丝机,如图2。
其中的主要部件分别为:1不锈钢圆筒;2不锈钢壁;3传热夹套;4加热管;5保温层;6热电偶;7不锈钢圆筒下口;8不锈钢毛细管;9毛细孔;10石棉板;11活塞;12液压泵;13金属压板;14喷丝孔;15绝缘体;16调节器。
纺丝时将高压正负两极分别与8和13连接,产生足够的高电压。
熔体经过活塞挤出,电纺纤维收集在金属板上。
该装置的关键在于加热和保温体系。
图2 熔融静电纺丝机示意图大量的研究工作集中在干法溶液纺丝的静电纺丝工艺,典型的静电纺丝装置有以下几种,如图3和图4[526]。
图中水平式和垂直式静电纺丝机除收集的位置不同外,其他的结构组成基本一样。
113 静电纺丝的影响因素静电纺丝工艺中,影响聚合物纤维特性的工艺变量主要为聚合物流体特性和纺丝工艺参数两个方面。
聚合物流体特性主要是聚合物的相对分子质量、相对分子质量分布、链段结构和聚合物流体(溶液或熔融体)的粘性、电导率、表面张力等特性参数。
纺丝工艺参数主要包括静电场强度、毛细管喷丝头与接收板间的距离、聚合物流体的流速、接收板的运动形式及纺丝环境温度和湿度等工艺参数[7]。
a)聚合物溶液浓度。
聚合物溶液浓度越高,粘度越大,表面张力越大,而离开喷嘴后液滴分裂能力随表面张力增大而减弱。
通常在其它条件恒定时,随着浓度增加,纤维直径增大。
b)静电纺丝流体的流动速率。
当喷丝头孔径固定时,射流平均速度显然与纤维直径成正比。
c)电场强度。
随电场强度增大,高分子静电纺丝液的射流有更大的表面电荷密度,因而有更大的静电斥力。
同时,更高的电场强度使射流获得更大的加速度。
这两个因素均能引起射流及形成的纤维有更大的拉伸应力,导致有更高的拉伸应变速率,有利于制得更细的纤维。
d)毛细管口与收集器之间的距离。
聚合物液滴经毛细管口喷出后,在空气中伴随着溶剂挥发,聚合物浓缩固化成纤维,最后被接收器接收。
随两者间距离增大,直径变小。
e)收集器的状态不同,制成的纳米纤维的状态也不同。
当使用固定收集器时,纳米纤维呈现随机不规则情形;当使用旋转盘收集器时,纳米纤维呈现平行规则排列。
因此,不同设备条件所生成的纤维网膜不同。
2 纳米纤维纳米纤维主要包括两个概念:一是严格意义上的纳米纤维,是指纤维直径小于100nm的超微细纤维。
另一概念是将纳米微粒填充到纤维中,对纤维进行改性,也就是我们通常意义上的纳米纤维。
采用性能不同的纳米微粒,可开发抗菌、阻燃、防紫外、远红外、抗静电、电磁屏蔽等各种功能性纤维,这一领域是目前国内开发的热点。
通过静电纺制备的纳米纤维属于前者。
211 国内外静电纺丝制备纳米纤维的研究现状当前,静电纺丝已经成为纳米纤维的主要制备方法之一。
对静电纺丝的研究较深入而且涉及到很多方面,Greiner A[8]详细分析了静电纺丝制造出的纳米纤维的外形的几乎所有的参数。
Bunyan N 等[9]研究了在牵伸过程中纳米纤维的形态、取向及沉积的变化,重新设计工艺来控制纳米纤维在接受装置上的沉积,具体工艺是通过对射流路径、接受装置的设计和熔体性质的控制来实现的。
J un Z等[10]研究了静电纺丝中表面张力,溶液粘度,溶液传导率,聚合物玻璃态转变温度对纤维形状尺寸的影响,发现其中溶液粘度的影响最大。
Fong H等[11]研究了静电纺纳米纤维的形成,详细分析射流的过程变化。
目前,国内已有中国纺织科学研究院张锡伟等人采用静电纺丝法纺制纳米纤维聚丙烯腈纤维毡。
聚丙烯腈纤维是制备碳纤维的主要原料,将纳米级聚丙烯腈纤维毡经过预氧化及氧化加工后可制成纳米级碳纤维毡,碳纤维越细,碳纤维复合材料的粘合性能就越好。
东华大学等高校目前也在做纳米纤维的探索研究工作。
212 静电纺纳米纤维的应用纳米纤维具有极大的比表面积,它在成型的网毡上有很多微孔,因此有很强的吸附力以及良好的过滤性、阻隔性、粘合性和保温性。
利用纳米纤维的这些特性可制作吸附材料和过滤材料等,并可有效地用于原子工业、无菌室、精密工业、涂饰行业等。
其过滤效率较之常规过滤材料效率大大提高。
Danaldson公司已经制造出ultra2web牌纳米纤维滤材,以聚偏氟乙二烯为支撑基材,纳米纤维膜为滤材的气体微滤膜和液体微滤膜组件[12]。
纳米纤维滤材不仅提高了其过滤性能而且环境适应范围广,污染物浓度适应范围宽,抗污染能力更强。
在服装方面纳米纤维应用前景也是令人瞩目的,可以利用纳米纤维的低密度、高孔隙度和大的比表面积做成多功能防护服。
如美国ASSC Natick 开发中心的G ibson[13]发现用静电纺丝法制备的纳米级无纺膜对以气溶胶形式存在的生物化学制剂具有很好的防护作用。
通过比较发现,无纺膜对气溶胶的过滤性能大大优于现在装备军队的保护性服装材料。
另外,无纺膜的孔状结构形成内外贯通的微孔,这有利于毛细管吸水,与其他膜相比,无纺膜对气相水分扩散的阻力最小。
因此无纺膜不但有良好的过滤性能,还有良好的透气性,这对保护性服装特别有利。
此外,利用静电纺纳米纤维还可以做成抗静电、抗紫外、防微波、耐日晒、抗氧化、隐身服装以及智能服装等。
静电纺丝纤维由于具有很好的生物相容性和结构相容性,已经在组织工程支架、移植涂膜、药物释放、创伤修复等方面得到了应用。
静电纺丝形成的纳米纤维结构基本上能够满足组织工程支架的要求,支撑并引导细胞繁殖。
用静电纺丝法制备的乙交酯/丙交酯共聚物细胞支架,其结构与天然组织细胞外基质类似,具有多孔性、宽的孔径分布和良好的机械性能。
景遐斌等[14]将阿霉素溶解在可生物降解高分子溶液中进行静电纺丝,形成包裹有阿霉素的超细纤维无纺布或纤维毡。
Brignocchi A等[15]报道了细胞在纳米纤维上的生长,可直接用于治疗创伤和皮肤的烧伤。
在电场的辅助下,可将带功能性的聚合物直接纺到皮肤的损伤部位,形成修复性无纺纤维膜[16]。
除此之外,纳米纤维在生物医用材料方面的应用还有仿生材料、细胞载体等。
静电纺纳米纤维的比表面积比通用膜大得多,因此,用在传感器方面可以大大提高其灵敏度。
Ding B等[17]将可交联的聚丙烯酸(PAA)与聚乙烯醇(PVA)混合电纺在石英晶体微平衡器(QCM)表面上制得对N H3敏感的气体传感器。
其中,PAA 与PVA的含量比率不仅影响静电纺丝的结构形态,也影响对N H3的敏感性。
N H3的敏感性试验表明,影响传感器灵敏度的因素主要有PAA含量、N H3浓度、空气相对湿度等。
此外,纳米纤维在高分子纳米模板、纳米复合改性材料、航空航天等方面也都有广泛的用途。
3 存在问题静电纺纤维最主要的特点是所得纤维的直径较细,新形成的非织造布是一种有纳米级微孔的多孔材料,因此有很大的比表面积,有多种潜在用途。
但是,目前的电纺技术在推广上存在一定技术问题:第一,由于静电纺丝机设计的构型,此法得到的只能是非织造布,而不能得到纳米纤维彼此可分离的长丝或短纤维;第二,目前静电纺丝机的产量很低,其产量典型值为1mg/h～1g/h的范围,难以大规模应用;第三,由于多数条件下静电纺丝中的拉伸速率较低,纺丝路程很短,因此在这一过程中高分子取向发展不完善,结果电纺纳米纤维的强度较低。
至今为止有关纳米纤维形态和材料特性的基础研究工作仍处于初期阶段,系统化深入地研究静电纺丝制备纳米纤维的工艺非常迫切:一方面如何实现纳米纤维尺度、导向和其他预期特征的控制和重复操作,仍是静电纺丝生产纳米纤维领域的主要难题;另一方面,对聚合物体系在静电场中流体不稳定性进行精确描述是制备纳米纤维的关键。
4 发展前景静电纺丝工艺生产高性能聚合物纳米纤维的工艺流程简单,普遍适用现有的聚合物和生物高分子溶液或熔体。