静电纺丝

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静电纺丝机的原理

静电纺丝机的原理

静电纺丝机是一种利用静电原理将高分子溶液或熔融高分子通过电场作用从喷嘴射出并纺丝成纤维的设备。

它的工作原理主要包括三个部分:溶液准备、溶液供给和纺丝过程。

溶液准备:首先,需要将高分子材料溶解在适当的溶剂中,形成称为溶液的液体。

通常情况下,溶剂能够与高分子相容,使高分子在其中能够均匀地分散。

然后,通过搅拌或加热等方法,使高分子完全溶解。

溶液供给:将制备好的溶液倒入静电纺丝机的喷嘴上方的供液装置中。

供液装置通常由一个细长的管道和喷嘴组成。

当溶液从供液装置中流出时,通过引力作用和流体力学原理,形成一股细长的溶液流。

纺丝过程:在传统的喷嘴式静电纺丝机中,溶液在从喷嘴射出过程中经历了两个主要的电场作用:射出电场和收集电场。

射出电场:当溶液从喷嘴中流出时,通过高压电源加高压电极和接地电极产生强电场。

这个电场可以使溶液中的离子和分子受到电场力,产生高速流动,并在流动过程中发生伸展和拉伸。

这样,溶液中的高分子就会被拉成极细的纤维。

收集电场:静电纺丝机通常在喷嘴射出口附近设置一个收集板,收集板与另一个极性相反的电极相连。

这个电极产生的电场可以吸引喷出的纤维,让纤维在空气中形成纤维网络。

纤维在收集板上形成一个纤维膜,经过自然或辅助措施(如风力或机械收集)在纠缠或固化后而得到固体纤维。

静电纺丝机利用射出电场和收集电场的相互作用,将高分子溶液喷射成纤维,并收集固化形成纤维膜或纤维网。

这些纤维可以根据设备调整纤维直径和纤维的排列方式,从而制备出不同直径和形态的纤维。

静电纺丝机的应用非常广泛。

由于它可以制备出具有高比表面积、高孔隙度、优异吸附性能和柔软性的纳米纤维材料,静电纺丝技术在过滤、织物、医疗、电池、传感器等领域有着重要的应用。

例如,静电纺丝可用于制备口罩、绷带、血管支架、传感器薄膜、纳米复合材料等产品。

总的来说,静电纺丝机的工作原理是通过利用电场作用将高分子溶液喷射成纤维,并通过另一个电场将纤维收集并固化成纤维膜或纤维网。

静电纺丝的基本原理

静电纺丝的基本原理

静电纺丝的基本原理
静电纺丝是利用静电吸附的原理,使溶液中的带电粒子在电场作用下产生定向运动,从而制备纳米纤维材料。

这种技术可以在任意时间、任意空间、任何溶剂中进行。

目前,国内外研究主要集中在聚合物溶液和聚合物纳米纤维膜的制备。

静电纺丝原理
静电纺丝法是一种高效、经济的新型纳米材料制备方法。

目前,国内外在该领域的研究主要集中在以下几个方面:一是静电纺丝装置和工艺的研究,包括喷头、喷丝头、电极、接收装置等;二是不同材料的静电纺丝技术;三是静电纺纳米纤维膜的应用研究,包括纳米纤维膜作为锂电池隔膜和过滤材料等;四是静电纺丝设备与纳米纤维膜的表征方法研究。

静电纺纤维膜制备
1.聚合物溶液
目前,聚合物纳米纤维膜主要有两大类:一类是有机高分子聚合物(如聚苯乙烯、聚丙烯酸、聚乙烯醇等),另一类是无机
高分子聚合物(如氧化锌、氧化锆、氧化钛等)。

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静电纺丝技术的原理与纳米纤维制备方法

静电纺丝技术的原理与纳米纤维制备方法

静电纺丝技术的原理与纳米纤维制备方法静电纺丝技术是一种常用于制备纳米纤维的方法,通过利用静电力将聚合物材料从液态转变为纤维状,具有较高的纤维直径可调性和良好的纤维组织结构控制能力。

本文将介绍静电纺丝技术的原理以及常用的纳米纤维制备方法。

一、静电纺丝技术的原理静电纺丝技术是利用静电力将高分子溶液或熔融物质直接纺丝成纤维的一种制备方法。

该技术基于静电现象,通过将高电压施加于过程中的高分子溶液或熔融物,使其电荷不平衡,形成电场分布。

当电场强度超过材料的电离场强度时,分子将逐渐变成带电的纳米尺寸细丝。

最后,带电的纤维在电场的作用下逐渐伸长并凝固成固态纤维。

静电纺丝技术的关键参数包括高电压、喷丝间距和收集距离。

高电压可以产生强大的静电力,促使溶液中的聚合物形成细丝。

喷丝间距决定了纤维形成的方式和纤维直径。

收集距离可以影响纤维凝固形态和纤维排列结构。

静电纺丝技术的原理简单而直观,适用于制备各种类型的纳米纤维材料,因此在纳米材料制备领域具有广泛的应用前景。

二、常用的纳米纤维制备方法1. 单向静电纺丝法单向静电纺丝法是静电纺丝技术中最基本、最常用的制备方法之一。

在该方法中,高电压施加于旋转的喷丝头和静置的收集器之间,通过控制高电压和喷丝间距,可以得到直径均匀、纤维排列有序的纳米纤维。

2. 多向静电纺丝法多向静电纺丝法在单向静电纺丝法的基础上进行了改进,通过使用多根喷丝头和多个收集器,使得纤维的纺织方向更加多样化。

这种方法可以制备出多孔的纳米纤维薄膜,应用于过滤、分离和组织工程等领域。

3. 旋转盘静电纺丝法旋转盘静电纺丝法是利用旋转盘上的多个喷丝孔,将高分子溶液均匀喷洒在盘面上,通过旋转盘和静电作用将纤维逐渐形成。

这种方法制备的纳米纤维表面光滑均匀,适用于电子器件、传感器和催化剂支撑材料等领域。

4. 共喷纺丝法共喷纺丝法是在静电纺丝过程中,将两种或多种不同的高分子溶液或熔融物质通过不同的喷丝孔同时喷射到收集器上。

静电纺丝参数

静电纺丝参数

静电纺丝参数介绍静电纺丝是一种重要的纺织工艺,通过利用静电力将高分子材料以纤维的形式制备出来。

在静电纺丝过程中,各种参数的选择对纤维的质量和性能起着至关重要的作用。

本文将深入探讨静电纺丝的参数选择及其对纤维性能的影响,为相关研究和应用提供指导。

纤维的基本结构在开始讨论静电纺丝参数之前,我们先来了解纤维的基本结构。

纤维通常由分子、聚合物链和晶体等组成。

这些组成部分的排列方式、分子取向和分子间的相互作用力都会影响纤维的性能。

静电纺丝参数的选择静电纺丝的参数包括溶液浓度、喷射电压、喷射距离、气流速度等。

下面将对每个参数进行详细讨论。

1. 溶液浓度溶液浓度是指纺丝液中高分子物质的浓度。

溶液浓度的选择直接影响纤维的直径和物理性质。

较高的溶液浓度会导致纤维直径的增加,但也会增加纤维固化的难度。

因此,在选择溶液浓度时需要综合考虑纤维直径和纤维的可制备性。

2. 喷射电压喷射电压是指静电纺丝设备中用于带电纤维喷射的高压电场。

喷射电压的选择会影响纤维的形成和排列。

较低的喷射电压可能导致纤维断裂,而较高的喷射电压则可能导致纤维溅射和纤维直径的变化。

因此,选择合适的喷射电压至关重要。

3. 喷射距离喷射距离是指从喷射器到收集器的距离。

喷射距离的选择会影响纤维的拉伸和定向。

较大的喷射距离有助于纤维的拉伸和定向,但也会增加纤维断裂的风险。

因此,在选择喷射距离时需要平衡纤维的拉伸和断裂的风险。

4. 气流速度气流速度是指纺丝设备中的辅助气流速度。

较高的气流速度可以帮助纤维的排列和定向,但也会增加纤维的摆动和纤维断裂的可能性。

因此,选择合适的气流速度是确保纤维质量的关键。

不同参数对纤维性能的影响不同的静电纺丝参数对纤维的性能有着不同的影响。

下面将分别讨论每个参数对纤维性能的影响。

1. 溶液浓度对纤维性能的影响•溶液浓度的增加会导致纤维直径的增加。

•较高的溶液浓度会增加纤维的机械强度和热稳定性。

•过高的溶液浓度可能导致纤维的孔隙度增加,从而影响纤维的吸湿性能。

静电纺丝操作说明

静电纺丝操作说明

静电纺丝操作说明静电纺丝是一种制备纳米纤维的重要技术,它具有操作相对简单、成本较低、可制备多种材料的纳米纤维等优点,在生物医学、能源、环境保护等领域有着广泛的应用。

以下将为您详细介绍静电纺丝的操作流程及注意事项。

一、实验前准备1、材料准备聚合物溶液:根据所需制备的纳米纤维材料,选择合适的聚合物(如聚苯乙烯、聚丙烯腈、聚乙烯醇等),并将其溶解在适当的溶剂(如二甲基甲酰胺、二氯甲烷、水等)中,制备成一定浓度的溶液。

收集装置:常用的收集装置有平板、旋转滚筒等,根据实验需求选择合适的收集装置。

注射器及针头:选择合适规格的注射器和针头,针头的内径会影响纺丝液的流速和所制备纳米纤维的直径。

2、设备检查静电纺丝设备:检查高压电源是否正常工作,电压调节是否灵敏;检查注射泵的运行是否平稳,流速控制是否准确。

环境条件:静电纺丝实验通常需要在相对干燥、清洁的环境中进行,以避免空气中的灰尘和水分对实验结果产生影响。

二、实验操作步骤1、安装注射器及针头将配制好的聚合物溶液吸入注射器中,安装好针头,并将注射器固定在注射泵上。

2、连接电源及收集装置将针头与高压电源的正极相连,收集装置与负极相连。

确保连接牢固,避免在实验过程中出现断路或短路的情况。

3、设置实验参数注射速度:根据聚合物溶液的性质和针头的规格,设置合适的注射速度。

一般来说,注射速度在 01 5 mL/h 之间。

电压:电压是影响静电纺丝效果的关键参数之一。

通常,电压在 5 30 kV 之间。

较高的电压可以产生更细的纳米纤维,但过高的电压可能会导致放电现象。

接收距离:接收距离指的是针头与收集装置之间的距离。

一般接收距离在 5 25 cm 之间。

接收距离的大小会影响纳米纤维的沉积形态和直径分布。

4、开启设备先开启注射泵,使聚合物溶液从针头缓慢挤出。

然后开启高压电源,逐渐增加电压,直到观察到稳定的泰勒锥形成,并开始有纳米纤维喷射到收集装置上。

5、实验过程监控在实验过程中,要密切观察纳米纤维的形态和分布情况。

静电纺丝工作原理

静电纺丝工作原理

静电纺丝工作原理
静电纺丝是一种将高分子材料以纳米级别制备成纤维的方法,其工作原理是利用高电压静电场将高分子材料从液体或气态中溶液中提取出来,并在电场作用下形成纤维。

其主要步骤包括喷射、伸长、固化和收集。

具体来说,工作原理分为以下几个步骤:
1. 液体或气态纤维原料注入:首先将纤维原料溶解在适当的溶剂中,形成稀溶液。

液体纺丝法中,纤维原料通过注射器喷射到高电压电场中;气态纺丝法中,纤维原料通过汽化器气化后,通过气流送入电场中。

2. 喷射:经过注入后,纤维原料被喷射出来,喷头的尺寸、位置、方向等对纤维直径、形态等有着重要的影响。

3. 伸长:在电场的作用下,喷出的液滴或熔滴会在电场的作用下极参数化,电荷分布非常均匀。

由于喷头与极板之间的距离巨大,使电场强度可达1MV/cm。

在电场作用下,液滴会被拉长,形成一个连续的纤维。

4. 固化:将伸长的纤维经过瞬间干燥或者在表面活性物质被提供的情况下,使用加热(或其他方式)使其固化。

5. 收集:固化后,纤维可被收集。

例如粘到收集器上或者以粉末形态收集。

静电纺丝工作原理

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。

静电纺丝技术在药物缓释中的研究与应用

静电纺丝技术在药物缓释中的研究与应用

静电纺丝技术在药物缓释中的研究与应用静电纺丝技术(electrospinning)是一种利用电荷作用的纺丝方法,可制备出纤维纳米级材料。

这一技术不仅在材料科学、纺织工程和生物医学等领域有广泛应用,而且也在药物缓释领域展现出巨大的潜能。

本文将详细探讨静电纺丝技术在药物缓释中的研究与应用。

第一章:静电纺丝技术的原理静电纺丝技术是利用高电场将高分子溶液或熔融态物质从尖端喷射出来形成纤维的过程。

首先,高电场作用下,溶液或熔融态物质表面形成电荷。

当电场强度超过某一阈值时,电荷会引起材料表面对周围空气形成电离,形成电荷层。

然后,电荷层中的电荷受到电场的作用,沿着电场方向运动,并产生拉伸力。

最后,拉伸力克服表面张力,使溶液或熔融态物质形成纤维,通过固化或凝结获得纤维材料。

第二章:静电纺丝技术在药物缓释中的应用静电纺丝技术在药物缓释中的应用主要有两个方面:一是将药物直接纺丝成纤维,制备出药物缓释载体;二是将药物包裹在纤维中,制备出药物包裹纤维。

2.1 药物缓释载体静电纺丝技术可以制备出具有高比表面积和多孔结构的纤维材料,这种纤维材料可以作为药物缓释的载体。

通过调控纤维的组织结构、孔径大小和孔隙度等参数,可以实现对药物缓释的控制。

例如,纤维材料的孔隙度可以调节药物的释放速率,孔径大小可以调节药物的释放方式,从而实现对药物缓释的精确控制。

2.2 药物包裹纤维静电纺丝技术还可以将药物包裹在纤维内部或外部,制备出药物包裹纤维。

这种药物包裹纤维具有较大的比表面积和较高的载药量,可以实现药物的缓慢释放。

此外,药物包裹纤维的孔隙结构可以提高药物的吸附能力,增加药物的稳定性,从而提高药物的疗效。

第三章:静电纺丝技术在药物缓释中的研究进展静电纺丝技术在药物缓释领域有着广泛的研究。

一方面,研究学者不断改进纺丝工艺,优化纤维的形貌和性能,以提高药物的载荷量和释放性能。

另一方面,研究学者也致力于开发新型药物缓释材料,以满足特定药物缓释需求。

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静电纺丝原理及研究进展摘要纳米纤维具有直径小、比表面积大以及易于实现表面功能化的优点,受到广泛的关注。

在众多制备纳米纤维的方法中,静电纺丝是一种高效的技术,越来越引起人们的关注。

简述了国内外静电纺丝的研究现状;介绍了静电纺丝的制备原理、静电纺丝装置的改进、影响纤维成形的主要工艺参数及纤维形态;叙述了静电纺丝纳米纤维在过滤材料、生物医学和传感器等方面的应用;展望了静电纺丝的发展方向。

关键词:静电纺丝;发展;原理;应用1 国内外研究现状美国的有关静电纺丝的文献占了全世界的一半以上,总体看来国外的静电纺丝技术较国内的系统和完善。

国外对静电纺丝的研究主要集中在以下几个方面:(1)研究多种合成聚合物和天然聚合物的静电纺丝工艺,分析影响纺丝的因素及其纤维表征。

(2)研究电压、喷丝口与接收屏之间的距离、纺丝液的浓度和流量等静电纺丝工艺参数对静电纺纤维的直径及表面形态的影响,分析纺丝工艺的规律,以建立各工艺参数关系的理论模型。

(3)静电纺丝所得制品在生物领域中的应用研究(4)静电纺丝装置和方法上的创新,是近来静电纺丝研究中的一个热点。

与国外相比,国内的研究大约从2002年开始,东华大学研究了静电纺丝的工艺参数对聚丙烯腈纤维直径的影响[8],同济大学进行了导电聚合物纳米纤维静电纺丝工艺的研究[9],北京化工大学用静电纺丝法制得聚乳酸纳米纤维无纺毡[10],中国科学院用静电纺丝法制得了纳米级聚丙烯腈纤维毡[11]。

总之国内的静电纺丝起步较晚,对静电纺丝的研究主要是通过选择适当的聚合物溶液纺制纳米级纤维,目前还着重于工艺参数对纤维形貌和直径的影响及其纤维形貌的分析。

2 静电纺丝基本原理及装置2.1 静电纺丝基本原理一般的静电纺丝装置包括高压电源、溶液储存、喷射和接收装置,相对应可以分为5个过程:流体带电、泰勒锥的形成、射流的细化、射流的不稳定和纤维的接收[12]。

其中最重要的是泰勒锥的形成。

溶液处于储液管中,有外加电极时会在电场作用下形成液滴,没有外加电极作用时,由于重力作用,在溶液与管壁的粘附力、本身的粘度和表面张力的作用下形成悬挂在管口的液滴,在电场力的作用下液滴表面布满了电荷,电荷之间的库仑斥力与液滴表面张力相反,当电场强度增大时,液滴表面的电荷密度增大,库仑斥力大于表面张力,液滴曲率发生变化被拉长成锥形,锥角为49. 3b,这一带电液体称为泰勒锥。

泰勒锥会随电压的增大发生喷射,喷射流在电场的作用下分裂,随着溶剂的挥发,射流固化,最后纳米纤维收集于接收装置。

2.2 静电纺丝装置及改进静电纺丝装置一般由三部分组成:喷丝装置、接收装置和高压电源,如图1.29。

近些年来,科学家们已经不满足于对简单纤维的制备,为了得到一些特殊的形貌和性质的纤维,人们对纺丝装置进行了不同程度修饰和改进。

基于对中空管纤维和核壳纤维的探索,人们设计了同轴电纺丝装置[149-151,158-161]。

Li等人[160]设计了同轴喷头装置并成功地制备了管式结构的TiO2纤维(图1.30a),他们研究发现,内外层材料的相容性会影响这种管式结构的形成,如果内外层材料相容性较好,那么是不容易制造管式纤维或者核壳纤维的。

Muthiah等[149]利用同轴电纺丝技术制备了具有核-壳结构的聚偏氟乙烯和聚四氟乙烯的超疏水纤维膜(图1.30b),他们给出了同轴电纺丝装置的实物图。

Chen等人[150]对同轴电纺丝进一步改进,以多喷头的同轴纺丝装置得到了纳米线在微米管中的核壳纤维(图1.30c)。

上喷射出来,通过这种装置纺出的纤维较细,并且直径分布也很窄。

但是,通过这些无针喷头电纺丝装置不能制备含多种形貌和性质的纤维膜。

为了得到多功能的纤维膜,人们成功地开发了多喷头的电纺丝装置[89,169-172]。

例如,Sun 等人[169]用多喷头电纺丝装置制备PS/PAN复合纤维膜,这种纤维膜不但具有超疏水性,还提供了机械稳定性(图1.32a)。

Kim 等人[170]在五个纺丝喷头的周围加上了金属圆环,发现金属圆环产生的电场能使纺丝射流的运动较为稳定,如图1.32b。

Varesano 等人[171]讨论了使用2-16 个针头纺丝的情况,研究发现,添加次电极有利于减少针头间的扩张角。

这说明纺丝喷头中的原液带有相同的电荷,喷头之间存在着强烈的排斥作用,只有两边的喷头形成纤维。

为了克服这个缺点我们小组[172]将喷头置于辊筒两侧,中间用绝缘板相隔,使两个喷头与接收器分别形成两个独立的电场,使两个喷头的喷射过程不会互相干扰,这种装置可以使两种纤维很好的混合叠加在一起,如图 1.32c 所示。

Figure 1.30 Schematics of coaxial electrospinning device and the fibers produced by them.processes. (d) Schematics of spiral coil electrospinning setup. (e) Photograph of the spiral coil spinneret and electrospinning process..电纺丝方法虽然能通过很多聚合物制造出人们需要的不同形貌的纤维,但是由于其喷速较慢,导致产量较低,从而极大地限制了其在工业生产上的应用。

为了弥补这个缺点,人们也做了很多的设计。

近几年,人们设计了无针喷头电纺丝装置来增加纺丝纤维的产量[162-168]。

Niu等人[164]以聚乙烯醇(PVA)作为纺丝液比较了旋转圆筒、圆盘和球做为喷头纺出纤维的效果,如图1.31a, b和c。

在电纺丝过程中,他们将高压电源线插到纺丝液槽中,当电场力大到一定程度时,在这些喷头的表面喷出大量的丝,最后沉积在接收器上。

结果显示,三种喷头均能达到大量生产的目的,相比于圆筒和球形喷头,通过圆盘纺出的纤维直径分布较窄(257 ± 77 nm)。

他们认为这是不同的电场导致的,圆柱形喷头的表面积太大使电场分布不均衡,球形喷头则是电场强度太弱。

Lin等人[163]设计了一个以螺旋线圈作为喷头的纺丝装置,如图1.31d 和e。

大量的聚合物从线圈静电纺丝是化学纤维传统溶液干法纺丝和熔体纺丝的新发展,它是通过使金属电极直接浸没在高分子溶液或熔体中或者与具传导性的喷嘴相连而传导电荷,使高分子溶液或熔体带电,并将高分子溶液或熔体置于喷丝口与接收屏之间的高压电场中[10]。

当高压静电场(一般在几千到几万伏)在毛细喷丝头和接地极间瞬时产生一个电位差, 使毛细管内聚合物溶液或者熔融体(一般为非牛顿流体)克服自身的表面张力和粘弹性力, 在喷丝头末端呈现半球状的液滴,带电的聚合物液滴在电场的作用力下在毛细管的Taylor 锥顶点被加速。

当电场力足够大时,聚合物液滴可克服表面张力形成喷射细流。

细流在喷射过程中溶剂蒸发或固化,最终落在接受装置上,形成类似非织造布状的纤维毡。

形成Taylor 锥的原因:从表面现象的研究可知,在毛细管顶端的液滴,将成为凸形的半球状。

可在液滴表面上施加一电位,液滴曲面的曲率将逐渐改变,当电位达到某一临界值Vc 时,半球状液滴会转变为锥形,其锥形的角度为49.3°,这一带电的锥体称为Taylor 锥[11]。

但也有Suvorov等提出随着电场不断加强, 液体表面达到临界状态, 该临界状态轮廓仍为锥形, 但锥角为33.5°而不是49.3°[3]。

目前已经所研究的静电纺丝主要有溶液静电纺丝法(干法和干喷湿法)和熔体静电纺丝法两种。

干法静电纺丝是指纺丝过程中, 以空气为纺丝介质, 在一定的纺丝温度、一定的静电压以及一定的纺丝距离下, 以接收板或旋转滚筒作为接收装置, 通过纺丝体系发生相分离析出高聚物, 不经任何凝固浴, 直接收集所纺获得纤维, 经洗涤去除溶剂并干燥后得最终纤维。

而干喷湿法静电纺丝法纺丝装置的收集器为有机溶剂凝固浴。

纺丝过程中, 纺丝溶液在外电场作用下形成射流, 进入凝固浴, 射流在凝固浴中固化成纤, 得到超细纤维。

熔体静电纺丝与溶液静电纺丝相比,纺丝过程没有溶剂的蒸发,几乎100%的原料都转化成产品,实现了零损失,效率得到大幅度的提高,因而熔体静电纺丝更有希望使静电纺丝技术走向工业化[12]。

2静电纺丝的工艺参数影响静电纺丝的因素很多,一方面有用于静电纺的物质的本身的特性,包括它的分子量、勃度或粘弹性、表面张力、电导率、比热、导热率、以及相变热。

另一方面有影响静电纺丝的过程参量,包括电压、喷丝口与接收屏之间的距离(C-SD)和纺丝液的流量等。

此外,还涉及到静电纺丝时的温度、湿度和气体流通速率,毛细管的直径等[4]。

静电纺丝的基本参量[11]主要包括:①施加的电场强度(kV/cm),当纺丝机构型固定时,它与施加的静电电压(kV)成正比。

一般,随着电场强度(电压)增大,高分子电纺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。

;②电纺流体的流动速率,当喷丝头孔径固定时,射流平均速度显然与此成正比;③喷丝头与收集板之间的距离,而且收集板可以固定静止或运动(通常为旋转)。

距离增大,直径变小。

另外,静电射流的流体的粘度或粘弹性、表面张力、电导率、比热、热导率及相变热(例如熔剂的蒸发热或熔体的结晶热)对静电纺丝过程有一定影响。

同时,射流周围的环境对过程也有一定的影响,如真空、空气或其他气氛,温度、湿度、气体流通速率等。

表二静电纺丝影响参数2.1 纤维形状不同的工艺参数条件会影响纤维的形貌,主要有以下几种:串珠状纤维:当射流的电荷密度减小时, 毛细管的不稳定性会导致圆柱状的射流团聚成液滴, 它们固化后会形成串珠状的纤维。

螺旋状纤维:射流在超过一定距离后开始摆动做螺旋状运动, 螺旋圈的直径越来越大。

液体在接触到接收屏时由于力学不稳定性会形成螺旋状的形貌, 这跟工艺参数中的电压、液体的浓度等有关。

扁平状纤维:射流表面由于溶剂挥发会形成一层表皮, 在大气压的作用下这层表皮随着溶剂的继续挥发,发生固化向里塌陷成椭圆, 当两侧管壁趋近时, 会团聚成扁平状或其他形状分支状纤维:分支状纤维是在射流的裂分时形成的, 这种裂分造成射流表面的电荷分布不均匀, 稳定性下降。

为降低单位面积上电荷的分布, 增加丝条的稳定性, 在喷射过程中纺丝细流往往会分成更细的多股, 或在已产生的细流上再分出支流。

除此之外, 丝条薄壁之间的电荷会在纤维横向上产生一个斥力, 分子链在拉伸的过程中横向的结合力较小, 也会使丝条发生破裂产生分支。

3 静电纺丝的发展趋势3.1 国内外研究现状目前国内外对静电纺丝的研究重点主要在以下几个方面:(1)研究多种合成聚合物和天然聚合物的静电纺丝工艺, 分析影响纺丝的因素及其纤维表征。

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