静电纺丝技术的工艺原理及应用
静电纺丝技术原理

静电纺丝技术原理静电纺丝技术是一种利用静电力将高分子溶液或熔体拉伸成纤维的方法。
它是一种重要的纺织工艺,广泛应用于纺织、医疗、过滤、电子、航空航天等领域。
静电纺丝技术的原理主要包括溶液电荷、喷丝电荷、拉伸电场和纤维成形等几个方面。
首先,溶液电荷。
在静电纺丝过程中,高分子溶液或熔体会通过喷丝孔喷出,形成细流。
在喷丝过程中,由于高分子溶液或熔体中的分子带有电荷,因此会在喷丝过程中受到静电作用,形成电荷分布。
这种电荷分布会影响后续的纺丝过程。
其次,喷丝电荷。
在喷丝过程中,高分子溶液或熔体会受到喷丝电场的影响,导致分子排列成纤维形态。
喷丝电场的作用是通过静电力使溶液或熔体形成细丝,并在喷丝孔周围形成电场分布。
这个电场分布会影响纤维的形成和拉伸。
接着,拉伸电场。
在喷丝后,纤维会经过拉伸过程,形成细长的纤维。
在拉伸过程中,会施加电场来调控纤维的形成和拉伸。
拉伸电场可以通过调节电压、电流和电场分布来控制纤维的直径、长度和形状。
最后,纤维成形。
在经过以上过程后,纤维会逐渐成型并被收集。
成型的纤维可以通过调节喷丝电场、拉伸电场和收集方式来控制纤维的性能和形态。
静电纺丝技术通过以上原理,可以制备出直径在纳米到微米尺度的纤维,具有优异的力学性能和表面性能。
总之,静电纺丝技术是一种重要的纺织工艺,其原理主要包括溶液电荷、喷丝电荷、拉伸电场和纤维成形。
通过这些原理,可以制备出具有优异性能的纳米纤维,广泛应用于纺织、医疗、过滤、电子、航空航天等领域。
静电纺丝技术的发展将为相关领域的技术创新和产业发展提供重要支持。
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。
静电纺丝技术的原理及其在材料科学中的应用

静电纺丝技术的原理及其在材料科学中的应用随着科学技术的不断进步,人们对于材料科学的研究也越来越深入。
材料科学是研究材料制备和性质的学科,它涉及到各种不同的材料,包括金属、陶瓷、聚合物、纳米材料等等。
其中,聚合物材料因其在生活中广泛应用而备受关注。
聚合物材料可以应用于制作纤维、塑料、涂料等,因此也被广泛应用于纺织、汽车、医疗等方面。
而静电纺丝技术在聚合物材料制备领域中扮演着重要的角色。
本文将从静电纺丝技术的原理,以及其在材料科学中的应用方面进行阐述。
一、静电纺丝技术的原理静电纺丝技术是一种制备纤维的方法,它利用了静电力和表面张力的相互作用来产生纤维。
这种方法可以制备出细纤维,其直径一般在几微米到几十微米之间。
静电纺丝技术的原理主要可以分为三个部分:溶液喷射、电荷分布和纤维定向。
首先,静电纺丝技术的第一步是将聚合物材料溶解在有机溶剂中。
这种有机溶剂可以是丙酮、DMF、水等等。
当聚合物溶解在有机溶剂中后,形成的溶液会被输送到一个注射器中。
其次,当聚合物溶液被注入到注射器中后,溶液会通过注射器的喷头被喷射出去。
这种喷射过程会使溶液形成液滴,而液滴的大小主要取决于喷射器喷头的大小和溶液的性质。
然后,这些液滴会在喷射过程中被荷电。
这是因为在液滴喷出喷头的同时,喷头会将电荷转移到液滴表面。
这样,液滴表面就会带有荷电,并形成一个电荷云。
这个电荷云会影响液滴周围的空气,并在液滴周围形成一个静电场。
最后,当液滴喷出喷头后,它们会逐渐失去荷电,并且在空气湿度和温度的影响下开始凝固。
在凝固的过程中,液滴表面的荷电云会逐渐消失,而液滴的表面张力则会促使液滴向外展开。
这样,液滴的形状就会变成一个细长的纤维团簇,并且整个过程会被静电力所主导。
二、静电纺丝技术在材料科学中的应用静电纺丝技术广泛应用于各种领域,包括医学、纺织、滤清器等。
在医学方面,静电纺丝技术已经应用于制备医用面膜、绷带、人工血管等。
在纺织方面,静电纺丝技术可以制备纳米纤维薄片、织物等。
静电纺丝技术及其应用前景

静电纺丝技术及其应用前景静电纺丝技术是一种快速、简单和低成本的纺织工艺,在纺织、医疗、能源、环境等领域有着广阔的应用前景。
它利用高压电场作用于高分子溶液或熔体,使其成线状或膜状,并在收集器上固化,从而制备出纳米、亚微米级别的纳米纤维或纳米膜。
本文将从静电纺丝技术的原理、优势、应用等方面进行论述,阐明其应用前景。
静电纺丝技术的原理静电纺丝技术是一种利用高压电场将高分子聚合物或其它材料成线状或膜状的制备技术,其主要原理是在高压电场作用下,高分子溶液或熔体中的电荷在电场作用下向电场强度方向移动,引起流体分子的动态变化,形成电荷密集层,并在电场强度足够大的情况下形成喷雾,最终固化在收集器上。
静电纺丝技术的优势静电纺丝技术具有一系列显著的优点:①制备简单、成本低,纺织过程几乎不需要化学剂及其它附加助剂,避免了传统纺织过程中可能存在的有害物质;②可制备纳米级纤维和纳米膜,表面积大,比表面积高,活性和反应性大,应用前景广阔;③可以制备无纺布、药物缓释材料、3D 及仿生材料等多种功能性材料;④制备过程快速、高效,操作简便快速,纺丝过程可以在常温下完成,不需要耗费过高能量。
静电纺丝技术的应用前景静电纺丝技术在新材料领域的应用前景十分广阔,下面列举几个典型应用场景:1. 纳米纤维材料静电纺丝技术制备的纳米纤维材料具有独特的微观结构和物理化学性质,具有非常广泛的应用前景。
如生物医药领域中使用纳米纤维制备的药物缓释材料、伤口敷料、封膜材料、组织工程支架材料等;在环境污染治理方面使用纳米纤维材料制备的过滤材料、防护材料等等。
2. 功能性膜材料静电纺丝技术的另一个典型应用是制备膜材料。
静电纺丝技术可以制备出超滤、气体分离、催化反应、压电、光学等多种性能的功能膜材料,应用广泛。
3. 纳米复合材料利用静电纺丝技术可以将不同材料的纳米粒子制备成复合材料,增强材料的力学性能,例如制备的纳米复合材料可以用于高性能增强材料、透明导电膜、光电材料以及石墨烯增强材料等领域。
静电纺丝工作原理

静电纺丝工作原理
静电纺丝是一种利用静电力将高聚物溶液或熔体拉伸成纤维的方法。
这种技术可以制备出直径非常细的纤维,常用于生产纺织品、滤料、医用敷料等产品。
静电纺丝的工作原理非常简单,但却是一种高效且广泛应用的纺织技术。
静电纺丝需要用到一个装置,通常是一个金属盘或者是一个金属网格。
在装置上方设置有一个喷嘴,喷嘴内装有高聚物溶液或熔体。
当高聚物溶液或熔体通过喷嘴喷出时,会形成一个细长的液柱。
接下来,通过一个高电压电源,将静电场施加到金属盘或金属网格上。
当高聚物液柱在喷出的同时通过静电场,液柱表面会受到静电力的作用,使得液柱表面带有电荷。
由于同性电荷相互排斥,液柱表面的电荷会使得液柱变得非常脆弱,容易发生拉伸。
在经过静电场的作用后,液柱会逐渐被拉伸成细长的纤维。
这些细长的纤维会在空气中自由悬挂,由于静电作用,纤维之间会互相排斥,形成一个均匀的纤维网。
这种纤维网可以收集在一个收集器上,或者通过辊筒进行整理,最终形成纺织品或其他产品。
静电纺丝的工作原理简单而高效,能够制备出直径非常细的纤维,具有很好的拉伸性和强度。
这种技术在纺织工业中得到了广泛应用,可以生产出高品质的纺织品,滤料等产品。
同时,静电纺丝还可以制备出微纳米级别的纤维,被广泛应用于医用敷料、口罩等领域。
总的来说,静电纺丝是一种简单而高效的纺织技术,通过静电力的作用,能够制备出直径非常细的纤维,具有广泛的应用前景。
通过不断的技术创新和改进,静电纺丝技术将会在纺织工业中发挥越来越重要的作用。
静电纺丝的原理及应用

静电纺丝的原理及应用静电纺丝就是高分子流体静电雾化的特殊形式,此时雾化分裂出的物质不是微小液滴,而是聚合物微小射流,可以运行相当长的距离,最终固化成纤维。
静电纺丝是一种特殊的纤维制造工艺,聚合物溶液或熔体在强电场中进行喷射纺丝。
在电场作用下,针头处的液滴会由球形变为圆锥形(即“泰勒锥”),并从圆锥尖端延展得到纤维细丝。
这种方式可以生产出纳米级直径的聚合物细丝。
原理将聚合物溶液或熔体带上几千至上万伏高压静电,带电的聚合物液滴在电场力的作用下在毛细管的Taylor锥顶点被加速。
当电场力足够大时,聚合物液滴克服表面张力形成喷射细流。
在细流喷射过程中溶剂蒸发或固化,最终落在接收装置上,形成类似非织造布状的纤维毡。
装置静电纺丝的装置主要由推进泵、注射器、高压电源以及接收装置组成。
其中,高压电源的正极与负极分别与注射器针头和接收装置相连,而接收装置的形式也是多样化的,可以是静止的平面、高速转动的滚筒或者圆盘。
纺丝的参数设置、环境条件等对纺丝过程的影响至关重要。
影响因素静电纺丝法制备纳米纤维的影响因素很多,这些因素可分为溶液性质,如黏度、弹性、电导率和表面张力;控制变量,如毛细管中的静电压、毛细管口的电势和毛细管口与收集器之间的距离;环境参数,如溶液温度、纺丝环境中的空气湿度和温度、气流速度等。
溶液黏度对纤维性能的影响同轴静电纺丝同轴静电纺是在静电纺的基础上改造而来,其基本原理是在两个内径不同但同轴的毛细管中分别注入芯质和壳质溶液,二者在喷头末端汇合,在电场力的作用下固化成为复合纳米纤维。
同轴静电纺丝解决了纺丝时纺丝液必须是均一体系的缺陷,所制备的同轴纤维在均匀性、连续性上都优于其它方法得到的纤维。
采用同轴静电纺丝的方法可以制得中空纤维和纳米复合纤维等。
应用静电纺丝技术制备的纳米纤维,具有比表面积大、孔隙率高、尺寸容易控制、表面易功能化(如表面涂覆、表面改性)等特点,在许多领域都有重要的应用价值。
静电纺丝技术在构筑一维纳米结构材料领域已发挥了非常重要的作用,应用静电纺丝技术已经成功的制备出了结构多样的纳米纤维材料。
静电纺丝技术在纤维材料中的应用

静电纺丝技术在纤维材料中的应用现代科技的发展让我们的日常生活变得更加丰富多彩。
我们穿着的衣服、坐着的座椅、使用的日用品等都离不开材料科学的支撑。
其中,纤维材料作为工业界和日用品界的支柱之一,承担着重要的角色。
而静电纺丝技术,作为材料学领域的一项重要技术,早已成为生产高性能纤维材料的不二之选。
一、静电纺丝技术的基本原理静电纺丝技术(Electrospinning)是一种通过电场作用产生纳米级纤维的技术。
在进行静电纺丝时,首先需要将聚合物或纤维材料溶解在有机溶剂中,调配成纳米级悬浮液,接着利用高压电场作用下的静电力,将悬浮液逐渐拉伸成纤维,最终在集电器上形成纳米级纤维膜。
静电纺丝技术的优点主要有以下几点:1. 纤维细度十分幼细。
由于静电纺丝技术是用高压电场拉伸溶解液,所以成纤维的材料可以做到纤维直径在几纳米到数百微米之间,这是其它纤维生产方法无法比拟的。
2. 成本较低。
静电纺丝技术不需要极高的温度条件,且生产工艺简单,单次产量较大,人工操作也很简单,相比其他生产方法,其生产成本较低。
3. 微结构可控。
由于静电纺丝的成纤维自始至终都处于高压电场的控制之下,所以可以控制纤维材料的长度、直径和形态,生产出具有特定微结构的纤维材料,具备良好的性能。
二、静电纺丝技术在纤维材料中的应用1. 纳米复合材料静电纺丝技术可以将不同的聚合物、无机材料和有机物质交叉组合起来,制备成一种新型的材料——纳米复合材料。
例如,静电纺丝技术可以制备出纳米纤维状氧化锌、二氧化硅、碳纤维等无机纤维,与聚合物进行组合,形成具有特殊功能和性能的纳米复合材料。
纳米复合材料的应用领域十分广泛,例如坚硬、耐磨、耐酸碱和耐高温的材料等,这种材料以在工程界中广泛使用。
2. 纳米滤膜静电纺丝技术可以制备出具有超细纳米孔的滤膜,其中的纳米孔小到只有几纳米大小。
这种滤膜可以用于过滤颗粒物、离子、细菌、病毒等微小物质,是一种非常有效的分离、净化工具。
应用于滤纸上的静电纺丝技术在生物药物、日化化妆品、环保等领域得到了广泛应用。
静电纺丝制备纳米纤维及其在生物医学中的应用

静电纺丝制备纳米纤维及其在生物医学中的应用随着科技的发展,人们对于纳米材料和纳米技术的研究逐渐深入,其中静电纺丝制备纳米纤维是一种较为常见的方法。
它能够制备出具有很高比表面积和可控直径的纳米纤维,对于生物医学领域具有很好的应用前景。
一、静电纺丝制备纳米纤维的原理及方法静电纺丝是利用静电作用将高分子液体拉丝形成纤维的一种技术。
通常,它的原理是利用带电高分子液体在电场作用下形成锥形喷头,从喷头中心一点开始流下,当距离液体表面足够近时,因表面张力的作用液体受到拉伸,导致出现细流,流出的液体在其后被蒸发成纳米纤维。
静电纺丝制备纳米纤维的方法非常简单,在实验室条件下,只需要一个高电压电源、一个喷雾装置和喷嘴即可完成。
但是要注意控制电场强度、高分子溶液的稠度、温度等因素,调整它们之间的相互关系进行控制,才能使得纤维直径、形态等性质得到合适的调控。
二、静电纺丝制备纳米纤维在生物医学中的应用纳米纤维具有很多优异的物理和生物学特性,因此在生物医学领域中有一定的应用前景。
以下列出其中几个方面的应用:1. 组织工程:纳米纤维是构建人工组织的重要组成部分,它可以用于人工血管、软骨修复和牙齿修复等领域。
2. 治疗性药物携带:纳米纤维可以作为一种载体来传递药物分子,能够控制药物的释放速度和路径。
并且其高比表面积和微纳米级尺寸的特性也能够增加药物在体内的相对生物利用度。
3. 制备生物传感器:纳米纤维可以用来制备生物传感器,用于检测分子、抗体和细胞等。
4. 健康产品:静电纺丝法制备的纳米纤维具有良好的吸湿性和透气性,可以用于制备口罩、衣服和卫生巾等健康产品,起到防菌和抗病毒的作用。
三、静电纺丝制备纳米纤维存在的问题及展望尽管静电纺丝制备纳米纤维具有很多优势和潜在应用,但是它也存在着一些问题。
如:纤维直径的不稳定性、可持续性和成本等,这些问题限制了它的应用和推广。
就未来而言,静电纺丝制备纳米纤维的展望依旧非常乐观。
伴随着科技的进步和新材料的研制,一些问题也逐渐得到缓解。
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静电纺丝技术的工艺原理及应用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就已经在其专利中报道了利用高压静电纺丝,但是直到近些年,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。
1.1 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。
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IX;/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。
1.2 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;1l活塞;12液压泵;13金属压板;14喷丝孔;大量的研究丁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水平式和垂直式,这两种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。
1.3 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。
(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。
当使用同定收集器时,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。
2.1 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人而且涉及到很多方面,Greiner AEsJ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T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。
Jun Z等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。
2.2 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ultra—web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。
纳米纤维滤材不仅提高了其过滤性能而且环境适应范同广,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GibsonLl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、隐身眼装以及智能服装等。
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、刨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ll们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等报道了细胞在纳米纤维上的生长,可直接朋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。
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NH3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NH3的敏感性。
NH3的敏感性试验表明,影响传感器灵敏度的冈素主要有PAA含量、NH3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。
由于静电纺丝纳米纤维的独特结构和优越特性,广泛用于过滤材料、生物医用和纳米级电子仪器领域。
因此应用静电纺丝工艺设计和开发功能化纳米纤维是新兴功能材料领域的一个研究热点。
随着纳米纤维纺丝机的不断完善和提高,大规模低成本生产纳米纤维材料已成为可能,静电纺纳米纤维的市场发展前景十分看好。