静电纺丝工艺条件对复合材料中纤维形貌影响
赵小龙1,2
(1. 北京石油化工学院环境材料研究中心，北京102617；2. 北京化工大学材料科学与工程学院，北京100029）
摘要：静电纺丝是一种简单、方便的生产微米、纳米纤维的技术，其中可纺丝的材料主要包括聚合物、聚合物的混合物、聚合物与无机物的混合物。静电纺丝制得的纤维毡，具有孔隙率高、比表面积大等优点，可以用在夹心净化材料上，使过滤材料的过滤性能大大增强。本文首先简要介绍电纺丝制备原理及设备，并详细阐述下静电纺丝的主要工艺参数聚合物溶液浓度、纺丝电压、接收距离、溶剂性质和挤出速度对纤维形貌影响。
关键词：静电纺丝；纳米纤维；聚合物溶液浓度；纺丝电压；接收距离；溶剂性质；挤出速度
1 静电纺丝原理
静电纺丝是在溶液干法纺丝与熔体纺丝的基础上发展起来的，通过静电纺丝可以制备纳米或亚微米级的纤维。静电纺丝技术与传统纺丝技术有着明显的不同，即静电纺丝技术通过静电力作为牵引力来制备超细纤维。静电纺丝装置主要由三部分组成，即高压静电发生器、供给系统和接收装置，静电纺丝装置如图1所示[1]。从图中可以看出在静电纺丝工艺过程中，将聚合物熔体或溶液加上几千至几万伏的高压静电，从而在毛细管和接地的接收装置间产生一个强大的电场力。当电场力施加于液体的表面时，将在表面产生电流。相同电荷相斥导致了电场力与液体的表面张力的方向相反。这样，当电场力施加于液体的表面时，将产生一个向外的力，对于一个半球形状的液滴，这个向外的力就与表面张力的方向相反。如果电场力的大小等于高分子溶液或熔体的表面张力时，带电的液滴就悬挂在毛细管的末端并处在平衡状态。在电场力增强的过程中，喷丝口表面的液滴就会从球状液滴被拉长为锥状，这个锥就是所谓的“泰勒锥”(Taylor cone) [2]。当电场强度增加至临界值时，电场力克服液滴的表面张力，从Taylor 锥中喷出，从而产生出一个震荡、不稳定的喷射流，喷射流在喷射过程中被快速拉伸变形，在此过程中溶剂迅速挥发，在接收板上最终得到成形的纤维。Fong[3]将静电纺丝过程分为三个阶段：(1)喷射流的产生和延伸；(2)鞭动不稳定性的形成和喷射流的进一步拉伸；(3)喷射流固化形成纳米纤维。
图1 静电纺丝装置示意图
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100 nm 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。纳米纤维的制备方法有很多种，如静电纺丝法、拉伸法，模板法、分子自组织法、复合纺丝法、Nanoval分裂纺、原纤化方法、催化挤出聚合、分子喷丝板纺丝、Dentrite(枝晶)工艺法等。表1介绍了几种纳米纤维技术的优缺点[4]。
表1 几种纳米纤维技术的优缺点
优点缺点拉伸对实验设备条件要求很低过程不连续
模板聚合用不同的模板可以得到不同直径的纤维
相分离设备要求低，可直接制得纳米纤维基质只能用于特殊聚合物
自组织适用于获得更细的纳米纤维过程复杂
静电纺效率高且成本低，可以连续生产纳米纤维射流不稳定
3 影响静电纺丝的工艺参数
为了研究静电纺丝过程中的影响因素，Jaeger J选用聚环氧乙烷作为测试标准，对不同的聚合物材料及纺丝条件进行试验，如：甘油、聚丙烯腈、聚对苯二甲酸乙二酯、聚酰亚胺、蜘蛛丝、液晶聚合物等。用聚环氧乙烷系统做实验来描述电纺丝过程,可以把大量的操作参数分为溶液性能、可控的变量以及环境参数。溶液性能包括表面张力、粘度、聚合物溶液的导电性。可控变量的研究包括毛细管内的(流体) 静压、尖部的电势等。环境参数的研究包括温度、湿度、电纺丝室内的空气粘度。另外还研究了影响射流直径和射流粘度的可控变量。在这项研究中,首次研究了过程参数，找出纺丝过程的困难所在，以及试图解决它们的办法。讨论如下：为了控制电荷射流的轨迹,建立起静电加速器和挡板，可以通过改变电场强度，来控制射流的轨迹。当射流形成和喷射出的时候，有许多力作用其上，为了鉴别这些力建立了一个模型。为了理解纺丝过程中涉及到的电场力，用电脑来模拟纺丝的过程,用有限元素方法软件来解决泊松等式，绘制结果来描述该电场力。当电场力加在悬垂的液滴表面时，有静电力作用于液滴表面。这个电场力与表面张力相反，来试图维持液滴的球形形状。当作用于表面的静电力克服了原有的表面张力则液滴变得不稳定。有如下等式[5]：
其中：Q：球形液滴的总的电荷数
ε0：自由空间的介电常数
γ：液体的表面张力
R：液滴的半径
1745 年，Bose 在他的实验室中有了重要的发现，为毛细管顶部的水表面施加高电势，水表面将会有细丝喷射出，这一现象后来被解释为机械压力和电场力的不平衡。
1800 年，Rayleigh L 发现了非常重要的理论，他研究了在有及没有电场力的情况下液态射流的水压稳定性，他提出了带电液滴稳定性的线性理论，这个理论显示的均匀性的电荷，球形粒子将保持它的形态和尺寸直到电量超过下面等式中的某一界限值。
其中：Q：球形液滴的总的电荷数
ε0：自由空间的介电常数
γ：液体的表面张力
R：液滴的半径[6]
现有的研究结果表明，在静电纺丝过程中,影响纤维性能的主要工艺参数主要有：聚合物溶液浓度、纺丝电压、接收距离(喷嘴到接丝装置距离)、溶剂性质和挤出速度等。
(1) 聚合物溶液浓度，通常在其它条件不变时，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，因此随着聚合物溶液浓度的增加纤维的直径也增大。聚合物溶液浓度是影响纤维直径的最主要因素之一，Deitzel等[7]指出静电纺纤维的直径随着聚合物溶液浓度的增大而增大，当聚合物溶液浓度较高时，纤维直径分布变宽。聚合物溶液浓度是在静电纺丝中一个应该首要探究的参数，因为当纺丝液浓度过低时，其黏度也很低，致使分子链不能完全缠结，纺丝过程中射流极不稳定，射流的连续性几乎不能维持，最后得到的是珠状纤维且直径很不均匀；当纺丝液浓度过高时，其黏度也非常大，致使溶液在喷丝口处由于溶剂少易挥发而凝结，最后堵塞针头。
(2) 纺丝电压，随着电压的升高，纤维表面将变得粗糙，纤维直径也逐渐增加，电压较高时也会生成一些直径很细的纤维，所以电压值越大时纤维直径变得越来越不均匀。一方面，增大电压可以提高流体表面电荷间的静电斥力，从而形成较细的纤维[8]；另一方面，增加电压也会导致带电纤维产生更大的加速度可以使流体快速地离开喷丝口[9]，致使流体流动很不稳定，从而使形成较粗的纤维。
(3) 接收距离,毛细管喷丝头与接收板间的距离对纳米纤维的微观结构的影响很大[8]。在一定范围内，随着接收距离的增大，静电纺丝纤维直径减小，但毛细管堵塞现象增多。由于接收距离的增加，即纤维从喷丝头落到接收装置装置间的距离增加，因此纺丝过程中纤维的分裂和拉伸次数都增加，致使纤维直径变细；但接收距离的增大促使纺丝液射流的表面电荷密度减小，以致静电斥力减小，射流获得的加速度减小，滞留在喷丝头的纺丝液增多，由于溶剂的挥发使得溶液固化，导致毛细管堵塞。
(4) 溶剂性质,与常规的溶液纺丝相似,溶剂的性质对溶液电的静电纺丝纤维的成形与结构和性能有很大的影响。溶剂的挥发性对纤维的形态起着重要的作用[10]，而溶剂的介电常数越大，纤维的直径越细。Tan等人[11]发现随着溶液导电性的增加，纤维的直径明显减小并且珠结减少。
(5) 挤出速度，聚合物溶液的流速对纤维的直径也有较大影响，纺丝液流速的增加，不利于纺丝液的凝固，显然随着溶液流速的增加，纤维的直径变大[12]。
4 结语
随着对静电纺丝装置和工艺研究的不断深入，相信我们在不远的将来可以精确表述出纤维形貌与影响静电纺丝的各项参数的关系式，并找到一种最佳的操作工艺，实现最优化加工纳米纤维。
参考文献:
[1]穆海,岩静.电纺非织造技术及其应用[J].江苏纺织, 2010,(05).
[2]薛花,熊杰,李妮,刘冠峰.静电纺丝工艺与装置的研究进展[J]. 现代纺织技术, 2010,(02).
[3]卢晓静,闫妍,杨海峰,李俊芳.国内外纳米纺织品发展现状与展望[A].“力恒杯”第11届功能性纺织品,纳米技术应用及低碳纺织研讨会论文集[C], 2011.
[4]杨科,杨庆,沈新元,陈璐,邵梅玲.静电纺丝法制备PHBV有序纤维[J].合成纤维工业, 2011,(02).
[5]冯丽.静电纺纤维结构研究进展[J].产业用纺织品,2011,(07).
[6]Smit E, Buttner U, Sanderson R D. Continuous yarns from electrospun fibers[J]. Polymer, 2005, 46(8):2419-2423.
[7]Theron A, Zussman E, Y arin A L. Electrostatic field-assisted alignment of electrospun nanofibers[J]. Nanotechnology, 2001,12(3): 384-390.
[8]王孟,王林格,黄勇.高压静电纺丝法制备轻丙基甲基纤维素邻苯二甲酸酯超细纤维.纤维素科学与技术,2011,15(3):1-8.
[9]覃小红,王新威,胡祖明,刘兆峰,王善元.静电纺丝聚丙烯睛纳米纤维工艺参数与纤维直径关系的研究.东华大学学报(自然科学版),2005,31(6):16-22.
[10]金许翔,张全超,牛鹏飞,唐山,陈璟,王孝军,杨杰.取向静电纺丝纳米纤维的制备及应用研究进展[J].高分子通报, 2011,(02).
[11]薛聪,胡影影,黄争鸣.静电纺丝原理研究进展[J].高分子通报, 2009,(06).
[12]仰大勇,蒋兴宇.静电纺丝制备有序纳米纤维的研究进展[J].合成纤维, 2008,(06). Topography of the electrospinning process conditions on the
composite fiber
XiaoLong Zhao1,2,TaiQi Liu1*
(1.Research Center of Ecomaterial , Beijing Institute of Petrochemical Technology, Beijing 102617 ；２.College of
Materials Science and Engineering, Beijing University of Chemical Technology, Beijing 100029;) Abstract: Electrospinning is simple and convenient technology to product micron and nano fibers. There are many kinds of materials can be spinned, including polymer, polymer mixture, polymer and inorganic mixture. Electrospinning fibrofelt has high porosity and larger specific surface area. It can be used in the sandwich purification materials. So filtration performance of the filter material is greatly enhanced.This paper briefly introduces the principle of electrospinning preparation and spinning equipment.Then we describes how the main process parameters which includes concentration of polymer solution, spinning voltage, receiver distance, solvent properties and extrusion speed influence fiber morphology.
Keywords:Electrospinning; nanofibers; concentration of polymer solution; spinning voltage; receiver distance; solvent properties; extrusion speed
静电纺纳米纤维与药物控制释放 陈义旺博士、教授、博士生导师、洪堡学者。南昌大学化学系主任，理学院副院长。 摘要 将抗肿瘤药物通过静电纺丝的方法装载到纳米纤维中以实现药物的控制释放，载药纳米纤维具有较低的药物突释效应，延长药物释放时间，并且从纳米纤维中缓释的抗肿瘤药物能很好地抑制HepG-2细胞的生长。负载抗肿瘤药物的电纺纳米纤维膜纤维能很好的应用于药物缓释系统，对肿瘤进行定位治疗及癌症手术后的化疗有很好的应用前景。 药物的控制释放一直是药物治疗领域中的重要课题。纳米纤维具有纵横交错的纳米孔结构、尺寸可控性好、比表面积大，是一种良好的新型载药系统；纳米纤维是封装药物的理想材料，它不但能将固体药物以颗粒形式封装入纤维内，还可以将液体药物以双层纤维或链珠状纤维形式进行封装[1,2]。因此，纳米纤维及其复合材料在药物控释系统、组织工程支架、伤口敷料等领域均得到了广泛的应用[3,4]。 研究内容 1.溶液电纺或乳液电纺PEG-PLLA/明胶复合纤维纳米纤维担载亲水/疏水药物控制释放及抗肿 瘤活性研究[5-7]应用。PEG-PLLA纳米纤维作为大环内酯类抗生素药物布雷菲德菌素A（BFA）的控制释放系统，用HPLC测定药物BFA在PBS溶液中的释放曲线，结果表明药物可以长时间的控制释放。用MTT法对含有3%，6%，9%，12%和15%BFA的纳米纤维进行体外抗肿瘤活性测试（人肝癌HepG2细胞），细胞生长抑制率在72h分别为64%，77%，80%，81%和85%。结果证明担载BFA的PEG-PLLA纳米纤维（BFA/PEG-PLLA）的对药物BFA 有很好的控释效果，适合癌症的术后化疗。通过乳液电纺方法成功将亲水药物头孢拉定及疏水的药物五氟尿嘧啶装载入PLGA纤维中，同时装载天然蛋白明胶来提高纤维的细胞粘附能力。装载明胶的纤维具有很好亲水性及力学性能，乳液电纺纤维具有低的药物突释效应，具有低的毒性
CENTRAL SOUTH UNIVERSITY 硕士生课程论文 题目静电纺丝法简介 学生姓名张辉华 学号133511018 指导教师秦毅红 学院冶金与环境学院专业冶金工程 完成时间2014.5.27
静电纺丝法简介 摘要：静电纺丝法是聚合物溶液或熔体在静电作用下进行喷射拉伸而获得纳米级纤维的纺丝，作为一种新颖的纳米纤维制备方法，具有许多一般纳米纤维制备法没有的优点，在国内外一直引起广泛的关注。本文主要是介绍了静电纺丝的基本原理以及研究重点，同时简要地介绍了此方法在电池材料一起其他材料上的应用。 前言 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。静电纺丝技术在1934年首先由Formhals[1]提出, 随后的相当长一段时间又有多项专利出现。近年来，随着纳米材料研究的兴起，人们发现由电纺制得的纤维的直径可以达到纳米级，使得这种技术重新受到重视并出现了大量的文献[2]。目前, 主要是从事材料、化工和高分子领域的科学家在研究静电纺丝。 1 静电纺丝实验装置与基本原理 1.1 电纺过程 所需设备高压电源，溶液储存装置，喷射装置( 如内径 1 mm 的毛细管) 和收集装置( 如金属平板、铝箔等) 。图1为传统的单纺装置。 图1 经典的静电纺丝装置示意图
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，在喷丝头末断呈现半球状的液滴。随着电场强度增加，液滴被拉成圆锥状即Taylor锥。当电场强度超过一临界值后，将克服液滴的表面张力形成射流(一般流速数m/s)，在电场中进一步加速，直径减小，拉伸成一直线至一定距离后弯曲，进而循环或者循螺旋形路径行走，伴随溶剂挥发或熔融体冷却固化，终落在收集板上形成纤维，直径一般在几十纳米到几微米之间。 除去传统的单纺丝还有其他的一些纺丝方式，如同轴静电纺丝，共轴复合纺丝就是将两种不同聚合物溶液预先不经混合, 而是各自在电场力的驱动下共轴 喷射经过同一个毛细管或注射器针头出口，得到连续的复合纤维的方法，该纤维具有核-壳结构。共轴复合纺丝设备如图2(a)所示，核-壳结构纤维如图2(b)所示。 图2 同轴纺丝和复合纤维形貌 同轴纺丝能直接接一步制备复合微/纳米线，可以制备医用复合纳米线、空心纳米管，这种方法制备出来的材料品质要明显优于涂覆法制备的材料。此外可以将碳纳米管与挥发性溶剂混合液用作内纺液, 将聚合物溶液用作外纺液, 利用溶剂的挥发性就可以携带碳纳米管渗透到外层聚合物中, 形成连续的碳纳米管增强 的复合纳米纤维。
开题报告 应用化学 通过静电纺丝技术制备导电高分子纳米纤维 一、选题的背景与意义 静电纺丝技术是目前制备纳米纤维最重要的基本方法。由于能直接、连续制备聚合物纳米纤维，因而成为国内外的研究热点。利用静电纺丝技术制备导电聚合物纤维是今年来发展起来的一项新的技术，然而由于导电高分子具有不溶，不熔的特点，利用静电纺丝技术制备导电聚合物纤维过程中遇到了许多困难，主要的问题在于：第一，导电聚合物刚性结构的特性使得静电纺丝过程难以进行；第二，大多数关于静电纺丝制备导电聚合物纤维的研究和应用仅仅处于实验室阶段，因此，必须通过更加深入的研究来探索静电纺丝技术制备聚合物纤维的最科学、最有效的方法，这将作为一个刺激，来实现在工业中大规模生产可控、可重复利用的静电纺丝聚合体纤维。 二、研究的基本内容与拟解决的主要问题： 综述利用静电纺丝技术制备导电聚合物纳米纤维的方法及相应的导电聚合物纤维的用途，综合对比各种方法的优缺点。 制备聚2乙烯基吡啶纳米纤维，利用它作为模板制备聚吡咯纳米纤维，尝试新的合成导电聚合物纳米纤维的方法。 三、研究的方法与技术路线： 合成聚2乙烯基吡啶，将2-乙烯基吡啶在引发剂存在聚合，产生聚2-乙烯基吡啶。 将聚2-乙烯基吡啶同氯金酸混合后，通过静电纺丝直接在高压下纺成纳米纤维。 上述纳米纤维在吡咯蒸汽中进行气相聚合，制备成核壳结构的聚吡咯纳米纤维。四、研究的总体安排与进度： 2010.07.08至2010.07.11：翻译文献，熟悉实验流程，设计实验步骤； 2010.07.12至2010.08.10：通过静电纺丝技术制备导电高分子纳米纤维；2010.11.08至2010.12.25：完成文献综述，文献翻译和开题报告； 2011.04.18至2011.05.08：撰写论文，准备答辩； 2011.05.12至2011.05.19：论文答辩。 五、主要参考文献： [1].Ioannis S. Chronakis , Sven Grapenson , Alexandra Jakob . Science Direct
静电纺丝工艺条件对复合材料中纤维形貌影响 赵小龙1,2 (1. 北京石油化工学院环境材料研究中心，北京102617；2. 北京化工大学材料科学与工程学院，北京100029） 摘要：静电纺丝是一种简单、方便的生产微米、纳米纤维的技术，其中可纺丝的材料主要包括聚合物、聚合物的混合物、聚合物与无机物的混合物。静电纺丝制得的纤维毡，具有孔隙率高、比表面积大等优点，可以用在夹心净化材料上，使过滤材料的过滤性能大大增强。本文首先简要介绍电纺丝制备原理及设备，并详细阐述下静电纺丝的主要工艺参数聚合物溶液浓度、纺丝电压、接收距离、溶剂性质和挤出速度对纤维形貌影响。 关键词：静电纺丝；纳米纤维；聚合物溶液浓度；纺丝电压；接收距离；溶剂性质；挤出速度 1 静电纺丝原理 静电纺丝是在溶液干法纺丝与熔体纺丝的基础上发展起来的，通过静电纺丝可以制备纳米或亚微米级的纤维。静电纺丝技术与传统纺丝技术有着明显的不同，即静电纺丝技术通过静电力作为牵引力来制备超细纤维。静电纺丝装置主要由三部分组成，即高压静电发生器、供给系统和接收装置，静电纺丝装置如图1所示[1]。从图中可以看出在静电纺丝工艺过程中，将聚合物熔体或溶液加上几千至几万伏的高压静电，从而在毛细管和接地的接收装置间产生一个强大的电场力。当电场力施加于液体的表面时，将在表面产生电流。相同电荷相斥导致了电场力与液体的表面张力的方向相反。这样，当电场力施加于液体的表面时，将产生一个向外的力，对于一个半球形状的液滴，这个向外的力就与表面张力的方向相反。如果电场力的大小等于高分子溶液或熔体的表面张力时，带电的液滴就悬挂在毛细管的末端并处在平衡状态。在电场力增强的过程中，喷丝口表面的液滴就会从球状液滴被拉长为锥状，这个锥就是所谓的“泰勒锥”(Taylor cone) [2]。当电场强度增加至临界值时，电场力克服液滴的表面张力，从Taylor 锥中喷出，从而产生出一个震荡、不稳定的喷射流，喷射流在喷射过程中被快速拉伸变形，在此过程中溶剂迅速挥发，在接收板上最终得到成形的纤维。Fong[3]将静电纺丝过程分为三个阶段：(1)喷射流的产生和延伸；(2)鞭动不稳定性的形成和喷射流的进一步拉伸；(3)喷射流固化形成纳米纤维。 图1 静电纺丝装置示意图 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
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，
静电纺丝技术研究及纳米纤维的应用前景 引言： 术语“电纺”来源于“静电纺丝”。虽然电纺这一术语是20世纪90年代才开始使用，但是其基本思想可以追述到60年前。1934一1944年间，FomalaS[1]申请了一系列的专利，发明了用静电场力来制备聚合物纤维的实验装置。1952年，vonnegut和NeubauerI53)发明了电场离子化技术，得到了粒径(0.lmm)均匀、带电程度高的线流。1955年，Drozin进行了不同液体在高电压下，形成气溶胶的研究。1966年，Simons发明了一种装置，用静电场纺丝法制备出了很轻超薄的无纺织物，他在研究中发现，低浓度溶液纺出的纤维较短且细;高浓度溶液纺出的纤维长且连续[2]。1971年，Baumgarten采用静电纺丝法制备出了直径在0.05u m一1.1um的丙烯酸纤维。自从80年代，特别是近些年，由于纳米技术的兴起，使得静电纺丝技术再度引起了纳米材料研究人员的高度关注。采用静电纺丝技术可以很容易的制备出直径在几百微米到几百纳米甚至几十纳米的高质量纤维。目前为止，己经有近上百种高分子采用静电纺丝技术被纺成纳/微米纤维。这些纳/微米纤维有些己经广泛应用于纳米复合材料、传感器、薄膜制造、过滤装置，以及生物医用材料的加工和制造上。本文立足于静电纺丝技术的研究现状，分别从材料的化学组成、纤维的分布方式和特殊结构形态三个方面进行了阐述。同时，概括并展望了纳米纤维的应用领域与前景。 1静电纺丝的基本原理 在电纺丝过程中，喷射装置中装满了充电的聚合物溶液或熔融液。在外加电场作用下，受表面张力作用而保持在喷嘴处的高分子液滴，在电场诱导下表面聚集电荷，受到一个与表面张力方向相反的电场力。当电场逐渐增强时，喷嘴处的液滴由球状被拉长为锥状，形成所谓的“泰勒锥”(Taylorcone)[3-6]。而当电场强度增加至一个临界值时，电场力就会液体的表面张力，从“泰勒锥”中喷出。喷射流在高电场的作用下发生震荡而不稳，产生频率极高的不规则性螺旋运动。
影响PA6静电纺丝的因素： 溶剂甲酸 浓度不同所需要的电场力也不同,浓度越高,所需要的电场力越大,所需施加的临界电压值也越大,以克服表面张力而达到喷出纤维的目的。 电压影响 当电场足够强时,电场力就克服表面张力使其与电场力达到平衡的临界状态,在喷丝头顶部的聚合物溶液微滴成为锥状,同时形成纤维喷出。超过临界电压时,微滴的锥状体变小,喷射更有力,所得纤维的直径有所变化。当电压值从8kV增加到12kv时,纤维的平均直径明显变小。但当电压达到15kV后,再增加电压纤维平均直径没有太大变化,且在实验中还发现,电压过大时,有静电火花产生,因此,宜选择电压值为15kV。 距离的影响 TCD对纤维平均直径的影响与电压对纤维平均直径的影响有类似的结果。当TCD超过5Cm 时,纤维平均直径有所变小,TCD大于10cm后,纤维的平均直径变化不大。但当TCD大于25。m时,收集板就难以收集到纤维。这可能是因为TCD超过一定范围后,电场的强度减弱,喷射出的纤维失去了电场的控制所致。另外,在纺丝过程中发现,较近的纺丝距离容易使纺丝液的微滴喷到收集板上。因此,宜选择TCD值为20cm. 结论： 溶液浓度是影响PA6溶液静电纺丝的主要因素。溶液浓度过小,喷出微小的液滴,得不到连续的纤维,浓度过大,在所施加的电场力范围内,也难得到纤维或得到的纤维直径过大。较低浓度纺丝时,有纺锤状纤维产生,随溶液浓度提高,纺锤状纤维消失。在一定条件下,当PA6质量分数为5%一n%时,可得到直径小于100nm的纤维。不同浓度对应不同的临界电压值,浓度高临界电压值就高;在电压和纺丝距离较小时,纤维直径较大。 最佳纺丝条件：PA6溶液质量分数为8%、电压值为15kV、TCD值为20。m为PA6静 电纺丝的最佳工艺条件。 稀土PA6电纺的影响因素 用盐酸加甲酸为溶剂 固定溶液浓度为16 % ，溶剂总体积为8 0m l ，络合比为0. 1。静电参数中，外加电压为 17 k v，泵速度为0 .0 4 mm / mi n ，摆动速度为10 . 0 0c m / m i n 。调整溶剂配比，盐酸与甲酸比为 1 :3 、1: 4 、1: 5 、1: 6 。 随着溶剂比减小，盐酸含量减少，纤维的直径逐渐变大。 不同浓度对PA6/Gd的影响 固定溶剂比为1 :3 ,溶剂总体积为8 0m l ，络合比为0. 1 。静电参数中，外加电压为17 kv ， 泵速度为0. 04 m m / mi n ，摆动速度为 1 0. 0 0c m / m i n 。改变溶液浓度，自制PA 6 浓度变化为4% 、6 %、8 % 、1 0 % ，切片PA 6 浓度变化为12 % 、1 4 % 、16 % 。
综述与专论 合成纤维工业,2009,32(4):48CH I NA SYNTHETI C FI BER I NDUSTRY 收稿日期:2008 09 17;修改稿收到日期:2009 05 27。作者简介:董晓英(1956 ),教授。从事纳米材料的教学和科研工作。 静电纺丝纳米纤维的制备工艺及其应用 董晓英1 董 鑫 2 (1.江苏技术师范学院,江苏常州 213001;2.慕尼黑大学,德国慕尼黑 80539)摘 要:简述了静电纺丝制备纳米纤维的原理;探讨了静电纺丝电压、流速、接收距离、溶剂浓度等工艺条 件;介绍了同轴静电纺丝制备皮芯结构的超细纤维及中空纤维技术以及静电纺丝纳米纤维毡在生物医药方面的应用。指出静电纺丝纳米纤维材料在生物医用方面具有广阔的应用前景,进一步实现低压纺丝、开发无毒溶剂,控制同轴静电纺丝纳米纤维的释放性能是今后静电纺丝的研发方向。 关键词:静电纺丝 纳米纤维 工艺 生物 医药 应用 中图分类号:TQ 340.64 文献识别码:A 文章编号:1001 0041(2009)04 0048 04 静电纺丝法是一种高速制备纳米纤维的有效方法,其装置简单,成本低廉,供选择的基体材料和所载药物种类众多,可通过改变电压、流速、接 收距离、溶液浓度配比等纺丝工艺控制纤维形貌,从而控制药物的释放。静电纺丝纳米纤维在生物、医药方面有着广泛的应用。1 静电纺丝及其工艺条件 静电纺丝技术最早报道于1934年的美国专利[1] ,发明人For mhals 用静电斥力的推动成功纺出醋酸纤维素纤维,溶剂为丙酮和乙醇。后来,For mha ls 改进了静电纺丝设备,通过多个针头纺丝或复合纺丝 [2] 。 1969年,英国Taylor [3] 研究了强电场作用下 水/油界面的形成。首先,从理论计算上考虑电场、重力和溶液粘度的影响,建立了锥状物模型,即在高压电场下溶液喷出前的形状称为Tay lor 锥。Tay l o r 还根据其模型计算了喷出时的临界锥角为98.6 。 静电纺丝纤维喷出针头后,在空中弯曲回转,最后落在接收器上,给人多股纤维同时喷出的印 象。阿克隆大学的Dosh i 等[4] 假设带电高分子溶液在喷出后互相排斥,克服表面张力而分裂成若干股纤维,落到接收器上形成无纺纤维毡。但是 麻省理工学院的Shin 等[5]和以色列的Yari n [6] 等通过高速成像,只有1股纤维从喷丝口喷出,然后在电场力作用下快速弯曲旋转,给人以很多股纤维的假象。1971年,杜邦公司的B au m garten [7] 研究了纺丝工艺参数对丙烯酸在N,N 二甲基甲酰(D M F)胺溶液中静电纺丝纤维直径的影响。纺 丝工艺参数主要包括喷射距离、溶液粘度、环境气体、流速和电压等。 1.1 电压 足够的电压是形成连续稳定纤维的先决条件。如果电压过小,则产生静电喷射,形成独立的珠状物。随着电压的增加,逐渐形成串珠结构,电压进一步增大,串珠逐渐减少,直至形成连续稳定 的纤维。Deitzel 等[8] 研究了聚氧化乙烯(PEO )/水体系中电压对喷丝口Tay lor 锥表面的影响。结果表明,当电压较小时,Tay lor 锥形成于针头外悬挂液滴的表面;随电压增加,液滴体积逐渐变小,直至液滴和Tay lor 锥相继消失。同时,纤维上串珠的分布密度也随电压增大而增加。因此,一般适宜电压为10~25kV 。1.2 流速 流速是影响静电纺丝纤维形貌的另一重要参数。M ege lski [9] 等研究了静电纺丝流速对聚苯乙烯/四氢呋喃(THF)体系的影响,随着流速增大,纤维直径增加,纤维表面的孔径也增大。同时,流速增大也促进了更明显的串珠结构,其原因是溶剂在到达接受装置前不能完全挥发。目前所采用的流速为1~3mL /h 。1.3 接收距离 接收距离也会在一定程度上影响静电纺丝的 纤维形貌。Jaeger [10] 等研究了PEO /水溶液的静电纺丝行为,随着接收距离由1c m 增大到3.5c m,纤维直径从19 m 下降到9 m 。根据M egel
超疏水静电纺丝纳米纤维 摘要：这篇文章介绍了最先进的静电纺丝纳米纤维的科技发展，以及它在自清洁簿膜、智能响应材料和其他相关领域的应用。超疏水自清洁，也成为“荷叶效应”，就是利用表面化学结构和拓扑学的正确结合，在表面形成了一个非常大的接触角并且通过重力使水带着表面上的污垢、颗粒以及其他污染物离开表面。本文简单介绍了超疏水自清洁的理论和静电纺丝过程中的基本原则，为了生成超疏水自清洁表面还讨论了静电纺丝过程的各种参数，这些参数可以有效的控制疏水实体的多渗透性结构的粗糙度，静电纺丝在纳米尺寸上的主要原则以及在通过静电纺丝合成一维材料时存在的困难也被完全的隐藏。另外，本文还比较了不同的静电纺丝纳米纤维的超疏水性能以及它们的科技应用。 关键字：超疏水静电纺丝纳米纤维性能应用展望
Superhydrophobic electrospun nanofibers Abstract: This review describes state-of-the-art scientific and technological developments of electrospun nanofibers and their use in self-cleaning membranes, responsive smart materials, and other related applications. Superhydrophobic self-cleaning, also called the lotus effect, utilizes the right combinations of surface chemistry and topology to form a very high contact angle on a surface and drive water droplets away from it, carrying with them dirt, particles, and other contaminants by way of gravity. A brief introduction to the theory of superhydrophobic self-cleaning and the basic principles of the electrospinning process is presented. Also discussed is electrospinning for the purpose of creating superhydrophobic self-cleaning surfaces under a wide variety of parameters that allow effective control of roughness of the porous structure with hydrophobic entities. The main principle of electrospinning at the nanoscale and existing difficulties in synthesis of one-dimensional materials by electrospinning are also covered thoroughly. The results of different electrospun nanofibers are compared to each other in terms of their superhydrophobic properties and their scientific and technological applications. Key words: superhydrophobic; electrospinning; nanofibers; properties; applications; outlook
静电纺丝即在高压静电下用聚合物溶液进行纺丝的过程。静电纺丝可以制备直径在几十到几百纳米的纤维，产品具有较高的孔隙率和较大的比表面积，成分多样化，直径分布均匀，在生物医学、环境工程以及纺织等领域具有很高的应用价值。 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。 高聚物
目前静电纺丝技术已经可用于几十种不同的高分子聚合物，既包括聚酯、聚酰胺、聚乙烯醇、聚丙烯腈等柔性高聚物的静电纺丝，也包括聚氨酯弹性体的静电纺丝以及液晶态的刚性高分子聚对苯二甲酰对苯二胺等的静电纺丝。 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
静电纺丝操作步骤（有粘结性的溶液） 溶液配制好后按如下步骤进行喷丝实验: 1.打开总开关，检查正负压电源的调节旋钮是否归零（左旋到底），紧急停机旋 。 2.控制面板上的钥匙电源开关右拧，此时进 入标签页面。点击来到推注控制页面。 3.或，快速将注射器的
活塞推到底，此时点击。 4.点击，使滑块迅速移退至一定位置，取出空的注射器，将纺丝液注入到 注射器中，固定到推注泵卡口处，通过或来调节滑块位置，使针头 此时显示框内出现负值， 的可用长度，在此范围内任意设定需要纺丝的距离。 5. 接收器：固定式的，平行式的，高转速的） 6.点击并修改、或参数。 7.通过设备底部滑台上的夹子调节喷丝头与连接器之间的距离， 确定好位置，高压夹头加紧，点击，此时推注装置开始单独运行。 8.将控制面板上的、红色按钮按下，此时正负高压开 启，调节旋钮；边观察纺丝现象边调节 （目的是调节喷丝效果），直至出现比较稳定的喷射流即可。 9.若启动平移装置，可以通过触摸屏点击，首先检查平移部分的中点，一 般将标尺的零点设定为中点，并设定平移行程和平移速度。也可以通过点击 “设为中点”即可将当前 位置设定为平移中点， 点击，此时平移装置开始单独运行。 10.若需启动接收装置，可以通过触摸屏点击，设定转辊接收速度，直接 以及。 11.若需要同时启动两个推注装置、平移装置、接收装置，可以分别在相应的标 签页面设置好运行参数之后，点击进入联动标签页面，点击，此时所有能动的装置都会启动，如需停止，点击“停止”即可，此为联动启动功能。 12. 完毕之后再打开正负高压继续进行实验。 13. 操作功能之后方可手触所收集的材料。
化纤纺丝基础知识 将纺丝流体，用纺丝泵（或称计量泵）连续、定量而均匀地从喷丝头或喷丝板的毛细孔中挤出而成液态细流，再在空气、水或凝固浴中固化成丝条的过程称为纺丝或纤维成形。刚纺成的丝条称为初生纤维。纺丝是化学纤维生产过程中的关键工序，改变纺丝的工艺条件，可在较大范围内调节纤维的结构，从而相应地改变所得纤维的物理机械性能。 按成纤高聚物的性质不同，化学纤维的纺丝方法主要有熔体纺丝法和熔液纺丝法两大类，此外，还有特殊的或非常规的纺丝方法。其中，根据凝固方式的不同，熔液纺丝法又分为湿法纺丝和干法纺丝两种。在化学纤维的生产时，多数采用熔体纺丝法生产，其次为湿法纺丝生产，只有少量的采用了干法或其他非常规纺丝方法生产。 一．熔体纺丝法 熔体纺丝法是将纺丝熔体经螺杆挤压机由纺丝泵定量压出喷丝孔，使其成细流状射入空气中，并在纺丝甬道中冷却成丝。目前，熔体纺丝法的纺丝速度一般为1000～ 2000m/min。采用调整纺丝时，可达4000～6000m/min。喷丝板孔数：长丝为1～150孔，短纤维少的为400～800孔，多的可达1000～2000孔。喷丝板的孔径一般在0.2～0.4mm。 熔体纺丝法的主要特点是卷绕速度高，不需要溶剂和沉淀剂，设备简单，工艺流程短，是一种经济、方便和效率高的成形方法。但喷丝头孔数相对较少。近年来，我国在消化吸收引进技术的基础上，已发展了低速多孔和高速短程纺，以生产丙纶和涤纶。合成纤维中的涤纶、锦纶和丙纶都采用熔体纺丝法纺丝。 二．溶液纺丝法 1. 湿法纺丝湿法纺丝是将溶液法制得的纺丝熔液从喷丝头的细孔中压出呈细流状，然后在凝固液中固化成丝。由于丝条凝固慢，所以湿法纺丝的纺丝速度较低，一般为50～100m/min，而喷丝板的孔数较熔体纺丝多，一般达4000～2000孔。混法纺丝防得到纤维截面大多呈非圆形，且有较明显的皮芯结构，这主要是由凝固液的固化作用而造成的。 湿法纺丝的特点是工艺流程复杂，投次大、纺丝速度低，生产成本较高。一般在短纤维生产时，可采用多孔喷丝头或级装喷丝孔来提高生产能力，从而弥补纺丝速度低的缺陷。通常，不能用熔体法纺丝的成纤高聚物，才用湿法纺丝和生产短纤维和长丝束。腈纶、维纶、氯纶和粘胶多采用湿法纺丝。 2. 干法纺丝干法纺丝是将溶液纺丝制备的纺丝溶液从喷丝孔中压出，呈细流状，然后在热空气中因溶剂声速挥发而固化成丝。目前，干法纺丝的速度一般为200～500m/min，当增加纺丝甬道长度或纺纺制较细的纤维时，纺丝速度可提高到700～1500m/min。干法纺丝的喷头孔数较少，为300～600孔。 干法纺丝制得的纤维结构紧密，物理机械性能和染色性能较发，纤维质量高。但干法纺丝的投资比湿纺还要大，生产成本高，污染环境。目前用于干纺丝产生的合成纤维较少，仅醋酯纤维和维纶可用此法。另外，对于既能用于干法纺丝，又能用湿法纺丝的纤维，干法纺丝更适合于纺制长丝。
静电纺丝纳米纤维在过滤材料中的应用 戚妙北京永康乐业科技发展有限公司 １．静电纺过滤材料简述 一般说来，人们对于过滤材料原材料的甄选基本会在以下几种材料中进行：天然纤维、合成纤维、玻璃纤维、陶瓷、矿物等等[1-2]。按照不同的加工工艺这些过滤材料可分为以下几类[3]：①机织物、针织物、编织网和纤维束等；②纺粘和熔喷无纺布；③多孔陶瓷材料；④有机膜和无机膜材料； ⑤静电纺丝材料。 传统纤维过滤材料是直通的孔隙，其孔隙率也只有30%～40%[4]。从生产工艺流程角度审视，传统纤维织造过滤材料流程长，产品的生产效率低，主要通过经纬纱之间的孔隙进行过滤，滤料本身产生的阻力也比较大；且织造成型的过滤材料必须在其形成粉尘层之后，才能起到阻挡较小颗粒状物质的作用，如果过滤材料还没有形成粉尘层、过滤层清灰或者其它原因破坏了滤料的粉尘层时，就会导致传统纤维滤料的过滤效率大幅下降。 在过滤材料上运用静电纺丝技术有非常多的优点，现将其归纳成以下几个方面[5-9]。 （1）纤维直径小，均一性好。提高纤维滤材过滤性能的有效方法之一就是降低其纤维的直径，因为对于由直径数十微米的纤维制备出的纤维过滤器，随着纤维直径的降低滤材的过滤效率会得到提高。 （2）小孔径、高孔隙率及高通量。运用静电纺丝技术的纤维孔隙率可达80%～90%，这种结构的滤材在有效地去除亚微米级别以及微米级别的颗粒的同时，对水流只会产生较小的阻碍比。 （3）大比表面积、强吸附力。静电纺纤维有非常大的比表面积，这种结构大大地增加了颗粒沉积在纤维滤材表面的几率，这会对过滤的效果产生巨大的改观。其次，当过滤的颗粒非常小时，这些细小的颗粒会堆积在膜表面，产生所谓的“层效应”，也会使得静电纺丝薄膜的有效孔径尺寸显著下降。 （4）可再生性、节约环保。在实际的过滤过程中，大部分的杂质会留在静电纺丝薄膜的表面，只有其他很少的一部分颗粒会在静电纺薄膜内部和底部沉积，这就决定了该过滤材料方便清洁的特性，它的可持续再生的吸附功能有利于环保要求并会降低成本。 （5）低成本、种类多及工艺可控。静电纺丝已经是高效制备纳米级纤维材料的主要途径之一，它的优点甚多，可纺物质种类涵盖广、生产制造的装置简单、纺丝成本低廉、纺丝工艺可控等等。静电纺丝技术已经成功制备出多种纳米纤维，包括有机、有机/无机复合和无机纳米纤维。 目前应用静电纺丝技术的纳米纤维过滤材料已经可以应用于诸多高要求的过滤领域，其对直径在0.3um以下的颗粒，过滤效率可达到99.97%以上，也由于它出色的过滤精度，该材料具备了广泛应用于电子、生物、医药和防护等领域的前景[10]。 2.静电纺丝在过滤材料的应用 根据不同的应用领域可将对于静电纺丝过滤材料的研究分为以下三个方面： 2.1气体过滤
涤纶长丝生产工艺简介 1. 预结晶 切片干燥过程中需要加热到140℃以上，而普通切片的软化点很低，在80℃以下即软化 发粘，容易粘结成块堵塞干燥装置或输料管（俗称结块），为了提高切片的软化点，必须提高切片的结晶度，使其软化点达到200℃左右，这样干燥工序才能顺利进行。 预结晶采用120～170℃左右的热空气对切片加热，为了防止切片粘结成块（俗称结块），一般采取以下三种方式： 1．利用沸腾床等装置，将热空气从下往上吹向切片，使得切片呈现沸腾状，切片粒子之间的位置一直处 于快速波动之中，有效防止了切片之间的粘结。一般将这种方式称为BM 式。 2．利用搅拌装置，对处于预结晶过程中的切片不断搅拌，使得切片粒子之间无法粘结或者粘结后随即被打散。一般将这种方式称为KF 式。 利用震动装置，使得处于预结晶过程中的切片高频震动，粒子之间的位置快速变化，从而无法相互粘结。一般与BM 式结合使用。 熔体直纺没有预结晶流程。 2．干燥 涤纶生产过程中，PET 切片需要在290℃左右的高温下熔融，在此高温下，如果切片的含水率达到一定程度（比如100ppm 以上），熔体会发生水解现象使得熔体质量下降，从而使纺丝工序难以顺利进行甚至导致成品丝品质下降。 将经过脱湿处理的干燥空气（露点降到－20 ℃以下）加热到160℃左右，从干燥塔底部输送到干燥塔中与切片逆向接触使切片迅速脱水，干空气将水分从干燥塔顶部带出。切片一般在干燥塔中停留4～8 小时，当工艺条件（干燥温度、干空气露点、干空气流量、切片在干燥塔中的停留时间）合适时，切片的含水率可以降低到50ppm 以下，满足纺丝要求。不同的生产工艺和品种对切片的含水率要求有明显差异： UDY-DT : 目标含水率≤100ppm POY-DTY: 目标含水率≤50ppm FDY : 目标含水率≤30ppm 常规品种含水率可以偏高一点，但是异型丝和细旦、超细旦丝对含水率要求很高，一般要求含水率≤20ppm 。 切片含水率偏高时，熔融后熔体降解程度大，纺丝工段容易出现毛丝、断头、飘丝等异常现象，丝的强度会降低，断裂伸长率升高。 干燥工序分连续干燥和间歇干燥两种方式。 连续干燥采用干燥塔（一般需要加上预结晶装置），干燥介质为除湿干空气，采用电加热方式，这种方式干燥效率高，干燥效果好，操作简便可以自动控制，工艺调整方便，是目前普遍采用的干燥方式； 间歇干燥采用转鼓装置（无需额外的预结晶装置），加热方式为蒸汽，用抽真空的方式使切片脱水。这种方式干燥效率很低，干燥效果不理想，操作麻烦且多为手动控制方式，工艺调整不方便，除了在一些老式UDY 生产线上还有少量存在以外，已经基本被淘汰。 目前，随着熔体直接纺技术的成熟，越来越多的厂家采用了熔体直纺技术，采用这项技术，省去了切片造粒、切片包装、切片运输、切片筛选、切片输送、切片干燥、切片熔融等很多过程，因而使生产成本大大降低。 3．纺丝纺丝是整个化纤生产中的关键工序，纺丝状况如何，直接影响到“产、质、耗”等生产指标能否顺利完成。 纺丝就是将熔融状态下或呈溶液状态下的高聚物纺成丝束的过程。对于切片法纺丝而言还包括了将切片由颗粒状固体熔融成熔体的过程。 纺丝设备包括熔体过滤器、纺丝箱体、计量泵、组件（包括海砂或金属砂、过滤网、分配板、喷丝
建设科技 ∣ 81部品技术与应用 建设科技CONSTRUCTION SCIENCE AND TECHNOLOGY 2018年11月上 总第371 期1 前言 随着现代化进程的加快，污染问题也越来越严重。 空气中漂浮的颗粒物浓度超标，由此形成的雾霾天气不 仅影响人们的生活，更是严重危害人民的身心健康；水 资源的匮乏也使得污水处理问题引起人们的极大关注。 因此，开发出有效拦截污染物的过滤材料是全世界共同 的目标。静电纺制备的纤维直径可达到微纳米级，且纤 维直径在一定的程度上可以进行有效调控，大到几微米 小到几十纳米。静电纺丝纳米纤维因其优良的性能被引静电纺丝纳米纤维膜在过滤领域的应用研究 方梦珍1 张弘楠1 覃小红1 匡宁2 （1.东华大学纺织学院，上海 201620；2.中材科技股份有限公司，江苏南京 210012） [摘要]静电纺丝纳米纤维膜具有很高的比表面积、孔隙率和通透性，在多个领域都有着不可替代的作用，尤其是过滤领域。本文简要介绍了近年来国内外静电纺丝纳米纤维膜在空气过滤和液体过滤领域中的研究进展。项目团队在功能型纳米纤维过滤材料研究及产业化方面取得的研究成果，展望了未来在被动式建筑室内空气质量提升方面的应用趋势。 [关键词]静电纺丝；纳米纤维膜；空气过滤；液体过滤；被动式建筑 Progress in Application of Electrospun Nanofibrous Membranes for Filtration Fang Mengzhen 1, Zhang Hongnan 1, Qin Xiaohong 1, Kuang Ning 2 (1.College of Textile of Donghua University, Shanghai, 201620; 2.Sinoma Science & Technology Co., Ltd., Nanjing, 210012, Jiangsu) Abstract : Electrospun nanofibrous membranes enjoy high specific surface area, porosity and permeability, and have an irreplaceable role in many fields, especially in the field of filtration. This review briefly summarizes the progress on application of electrospun nanofibrous membranes in the field of air filtration and liquid filtration in recent years as well as the achievements of the project team in the research and industrialization of functional nanofiber filtration materials. The application trend to improve indoor air quality in passive buildings in the future is prospected. Keywords : Electrospun, nanofibrous membrane, air filtration, liquid filtration, passive buildings 入过滤领域，表现出极大的优势。2 静电纺丝的发展静电纺丝即高分子流体在电场下受到静电力而拉伸成丝的过程，最终固化形成纤维。其最早可以追溯到18世纪中，一种牛顿流体的静电雾化。但是真正被世人认可的静电纺丝的开端是1934年Formhals 申请的关于纺丝装置的专利[1-3]，这是首次利用高压静电制备纤维的装置，其专利详细描述了高分子溶液如何在高压DOI: 10.16116/https://www.doczj.com/doc/094862804.html,ki.jskj.2018.21.014
静电纺丝法制备pvp纳米纤维研究进展 学院：材料科学与工程学院 专业班级：材料化学151 学生姓名： 学号： 指导教师：1 成绩： 2018年6 月29 日 静电纺丝法制备pvp纳米纤维研究进展
王逸凡 （材料科学与工程学院材料化学151班） 摘要:采用双针尖平行放置的一对细小铜针作为接收装置，聚乙烯基吡咯烷酮(PVP)无水乙醇质量分数为10%，电压25kV,在不同的旋转数下纺出了PVP纳米纤维绳在电纺丝喷丝针头和接收铜针间的静电库仑引力，以及纺丝间库仑斥力的双重作用下，电纺出PVP纳米纤维，纺丝电源中断后，一端的铜针固定，另一端作高速旋转，在接收器铜针的高速旋转下最终制得PVP纳米纤维用扫描电子显微镜(SEM)对其进行表征实验结果表明，接收器旋转速度和接收距离对多纤维结构的形貌有显著影响讨论了纳米纤维的形成机理。 关键词:聚乙烯吡咯烷酮;静电纺丝;纳米纤维 1.引言 静电纺丝技术是一种简便低耗的微米和亚微米纤维制备技术高压电场克服了带电聚合物溶液或熔体的表面张力，形成喷射细流，在向负极移动的过程中溶剂蒸发，最终以无纺布的形式收集在接收装置上[1-3]一般来说，从喷嘴形成的液体纤维束在向负极移动的过程中,经常会出现某些特殊的几何形状，从理论上讲，这些形状能够随着纤维的固化而被保存下来Renekerl[4-5]等相继报道了花环纤维和带状纤维的制备过程，并以PEO 为原料获得了螺旋结构的纤维在此基础上, Teppera等[6]从PEO/PA SA双组分溶液中得到了较为规则的螺旋纤维德国的PaulD.Dalton等人[7]以一对平行的金属圆环为接收器当两圆环之间布满了定向纤维的长丝之后，转动其中的一个圆环，制备出定向纳米纤维的编织绳纳米纤维绳具有很高的柔韧性和孔隙度，在微电子器件、高级光学材料和药物传输等领域有着广泛的应用杨帆等人以双针尖为接收器，在两根接地的针尖之间收集到了定向的纳米纤维双针尖接收器方法收集到的纤维更为集中，取向程度也更为理想。至今为止，从单组分非导电高分子中得到具有规则纳米纤维绳结构的纤维还比较少见本文以平行相对的一对铜针尖为接收器，纺丝电源中断后，高速旋转其中一端的铜针，将收集到的定向纤维编织成缠绕紧密的聚乙烯吡咯烷酮的纤维绳，研究了螺旋纤维的形成条件、接收器装置和纺丝距离对纤维形貌的影响，讨论了螺旋纤维的形成机理. 1.1原理 近年来的研究已经证实静电纺丝技术一般来说包括三个步骤:(1)流体溶液喷射出来，沿着直线方向延伸;(2)随着电动弯曲不稳定性的增长，喷射流将会发生一定程度上的分