国内外静电纺丝技术的研究进展

静电纺丝技术的研究及其应用前景静电纺丝，又称为电纺或电喷丝，是一种高效的聚合物加工技术。

该技术利用静电作用将溶解或熔融的聚合物拉出细丝，形成纤维织物。

静电纺丝技术具有高效、环保和简便等优点，被广泛应用于纺织、医疗、建筑和能源等领域。

这篇文章将说明静电纺丝技术的研究进展和应用前景。

一、静电纺丝技术的研究进展静电纺丝技术最早是由杜邦公司的V.B.吉伦等人在1934年发明的。

随着人们对纤维材料性能和纺织加工工艺需求的不断提高，静电纺丝技术也得到了广泛的研究。

目前，静电纺丝技术的研究主要集中在两个方面：一是改善纤维品质，二是提高工艺效率。

1. 改善纤维品质静电纺丝组合机构的优化是改善纤维品质的重要手段。

一些研究人员通过改变电场形状、控制溶液流速和温度等手段，使它们更好地适应静电纺丝。

此外，通过控制纺丝过程中溶液中聚合物的浓度和粘度，或者加入其他化合物，还可以改善纤维的物理性能、光学性能和表面活性。

2. 提高工艺效率静电纺丝技术的工艺效率主要取决于喷嘴的制作和工艺条件的控制。

研究人员通过选择不同的喷嘴材料、改变喷嘴形状和大小，或者改变加热温度和电压条件，使得喷射速度和纤维直径更加稳定，丝线连续性更好，从而提高了纤维的产量和生产效率。

二、静电纺丝技术的应用前景静电纺丝技术作为一种高效的纺织加工技术，不仅具有广泛的应用前景，而且有着巨大的发展潜力。

1. 纺织静电纺丝技术可以用于制备各种纤维材料。

目前，已经有很多研究人员对多孔材料、高分子纳米纤维和智能纤维等领域进行了研究。

这些材料有着广泛的应用，比如用于过滤、分离和传感器等领域。

2. 医疗静电纺丝技术可以用于制备医用材料，比如医用纳米纤维膜、医用绷带和人工血管等。

这些材料具有高度的生物相容性和良好的渗透性，可以大大提高医疗治疗效果。

3. 建筑静电纺丝技术可以用于制备建筑材料，比如健康气息墙的制备、建筑保温材料和建筑防水材料等。

这些材料具有良好的防水、防火性能，并且能够吸附有害气体和减少空气污染等。

静电纺丝技术及其应用研究一、引言静电纺丝技术是一种利用电荷激发聚合物液体变成细纤维的方法，由于其简单、高效、低成本等优势，在纺织、生物医学、能源领域等得到广泛应用和研究。

本文将从静电纺丝技术的原理、纺丝过程、纤维特性以及应用领域等方面进行深入探讨。

二、静电纺丝技术的原理与纤维形成机制静电纺丝技术利用电荷作用将聚合物液体通过纺丝喷嘴喷射到基底上，通过电荷相互作用来形成纤维。

在电场的作用下，聚合物溶液中的分子会受到电荷的影响而变形，聚合物链会被电荷排斥并随之形成纤维。

纤维的直径和形状可以通过控制喷嘴距离、电压、液体流速等参数进行调节。

三、静电纺丝技术的纺丝过程静电纺丝技术的纺丝过程主要包括聚合物溶液的制备、喷丝装置的设计以及纤维收集等步骤。

首先，将聚合物溶解在适当的溶剂中制备成溶液。

接着，通过高压泵将聚合物溶液推送至喷嘴，在喷嘴的作用下形成细纤维，并通过电荷作用使纤维凝固。

最后，通过电极或转盘等方式将纤维收集起来。

四、静电纺丝技术的纤维特性静电纺丝技术制备的纤维具有许多独特的特性。

首先，纤维直径可调节，从几纳米到几百微米都可以制备。

其次，纤维表面光滑，纤维之间结构紧密，具有较高的比表面积。

此外，静电纺丝技术还可以制备多孔性纤维，具有较好的机械性能和生物相容性。

五、静电纺丝技术在纺织领域的应用研究静电纺丝技术在纺织领域有着广泛的应用。

例如，利用静电纺丝技术可以制备出纳米纤维膜，用于制备高性能滤料、阻燃材料等。

此外，静电纺丝技术还可以制备出具有特殊功能的纤维，如抗菌纤维、防紫外线纤维等。

此外，在服装领域，静电纺丝技术还可以制备出具有高透气性和柔软度的纤维，提升穿着的舒适性。

六、静电纺丝技术在生物医学领域的应用研究静电纺丝技术在生物医学领域也有着广泛的应用。

例如，利用静电纺丝技术可以制备出纳米纤维支架，用于组织工程和药物释放等。

此外，静电纺丝技术还可以制备出具有控释功能的纤维载体，用于缓释药物。

此外，在伤口敷料和人工皮肤的制备中，静电纺丝技术也发挥了重要作用。

静电纺丝与传统的纺丝方法不同，它可以得到纳米/亚微米级的纤维。

静电纺丝具有制备方法简单、材料可选择范围广、形貌可控、比表面积高等优点，在能源存贮、卫生保健、生物技术、过滤以及防护安全等许多领域有着十分广泛的应用。

所以该纺丝方法一经发明就引起了人们的极大关注。

1999年Reneke等利用电场纺丝得到聚丙烯腈纤维和沥青纤维，再进行稳定化处理、碳化制得了直径为100nm到几微米的碳纤维。

2003年美国Pennsylvania 大学Santiago-Aviles提出静电纺丝制备HCMFs的技术，他们将PAN和N, N-二甲基甲酰胺(DMF)溶液混合后纺出的单前驱体PAN纤维在真空炉中高温(1273K)分解30min，得到直径120nm左右高度无序的纤维。

从这个时候起，各国的科研研究人员就对该纺丝方法进行研究，静电纺丝技术得到了迅速的发展：例如运用同轴纺丝技术可以制备出中空纳米管和具有皮芯结构的纳米线。

Xia等采用PVP 作为芯层，PVP与Ti(OiPr)4的乙醇溶液作为皮层，经同轴静电纺获得皮芯型纳米复合纤维，通过辛烷萃取除去芯层的矿物油后得到了含有PVP和Ti(OiPr)4的中空纤维，或通过高温锻烧除去纤维中的PVP成分也能够获得多晶的纳米陶瓷管。

Song等用油酸作稳定剂将FePt磁性纳米粒子分散在己烷中，作为芯液；PCL 溶解在2, 2, 2-三氟乙醇中，作为壳液，纺出了FePt/PCL皮芯结构的纳米纤维。

静电纺丝过程中，又存在许多的原因，使得收集到的纤维是不规则排列的，这样得到的纤维是没有实际上的应用，所以必须改进实验装置来进行。

现在基本上都是通过改进收集装置从而获得定向收集的纤维，例如采用平行板收集法、动静态水浴收集法、滚筒式平行电极接受、锥形圆盘接受等，所收集到的纤维有序程度都有很大的提高。

静电纺丝在过滤方面的应用发展的较快，例如用可以用四氟乙烯聚合合成聚四氟乙烯（PTFE）氟碳聚合物，但是在生产过程中必须加入许多润滑添加剂，会造成严重的环境污染。

第43卷第6期2 0 20年12月569火炸药学报Chinese Journal of Explosives & PropellantsDOI ：10. 14077/j. issn. 1007-7812.201911003静电纺丝技术及其在含能材料应用中的研究进展王为民1!!赵凤起S 徐抗震杨燕京S 李 辉S 张建侃1#•西安近代化学研究所$陕西西安710065； 2.西北大学化工学院$陕西西安710069）摘要：概述了静电纺丝设备基本的工作原理及主要过程工艺参数对产物组成和表面形貌结构的影响，其原理为高压电场中的聚合物溶液在静电力作用下克服表面张力进行射流拉伸、鞭动细化，最后在接收装置上形成纳米纤维（综述了静电纺丝工艺在超级铝热剂、单质含能材料和固体燃料纳米化及爆炸物荧光检测领域的应用研究进 展（研究结果表明，静电纺丝技 形貌 和纳米化的，在材料中纳米AH 的表面氧化和 应烧结 、提高和（「$纳米化对、提高、 、力学 的效果（展了静电纺丝 化纳米复合 在今后的研究 和应用 （关键词：应用化学；纳米技术；静电纺丝；聚合物加工；复合；纳米 纤维中图分类号：TJ55；O69文献标志码：A文章编号：1007-7812（2020）06-0569-09Electrospinning Technique and Its Recent Progress in the Applicationof Energetic MaterialsWANG Wei-min 112 $ ZHAO Feng-qi 1 $ XU Kang-zhen 2 $ YANG Yan-jing 1 $ LI Hui 1 $ ZHANG Jian-kan 1(1. Xi'an Moder n Chemistry Research Institute $ Xi'an 710065 $ China ；2 . School of Chemical Engineering, Northwest University , Xi'an 710069 $ China )Abstract : The work!ng mechanism of electrospinning apparatus and the effects of main process parameters on the compositionand morphology of fibers are introduced in detail. The basic principle is that charged droplet in the high-voltage electric field overcomes the surface tension of the polymer solution as a function of electrostatic force and then undergoes a stretching andwhippingproce .$leadingtofina l ytheformationoflongandthinnanofiber.onagroundedco l ector.Inaddition $therecent progress of the applicaiion of electrospinning technique in the field of superthermites $ nanocrystalization of single energetic ma ­terials and solid fuels $ and the ultrasensitive fluoresce n ee detect io n of explosives is reviewed. The results show that the electro ­spinning technique is an effective method to control the morphology of nanofibers and achieve the nano-crystalization of ener ­getic materials. It can effectively inhibit the surface oxidati o n and pre- react io n sinter!n g of nano alumi n um particles for the the-- mite-type en e rgetic materials. Also$ it can in c rease the dispersi o n of particles and improve the reactio n efficie n cy and the heat release of react!on. Meanwhile, the nano-crystalization of energetic materials by the electrospinning technique has remarkablee f ectsonimprovingthecombustiondecompositioncharacteristics $increasingtheenergydensity $reducingthesensitivity $andenhancingthemechanicalpropertiesofenergeticmaterials.Fina l y $thefutureresearchtrendsandapplicationofelectrospinningfunctionalizednano-energeticcompositesarealsoprospected.Keywords : applied chemistry ； nan o tech n ology ； electrospin n ing ； polymer processing ； composites ； nano-en e rgetic nano f ibers引言和焊接等领域（设计和制备高能量密度、高释能效率和 的复合 展含能材料被广泛应用于弹药、航空航天、采矿的重要方向）12（纳米材料尺度处于原子簇和宏观收稿日期=2019-11-04；修回日期：2020-06-08基金项目：国家自然科学基金(No. 21173163； No. 21503163)作者简介：王为民(1992-)$男，博士研究生，从事纳米材料研究(E-mail ： 1633541139@ 通信作者：！(1963-)$男$$研究员$ 进剂及含能材料研究(E-mail ： ***************引用本文：王为民，赵凤起，徐抗震，等•静电纺丝技术及其在含能材料应用中的研究进展火炸药学报2020,43(6):569-577.WANG Wei-min, ZHAO Feng-qi $ XU Kang-zhen$t al. Electrospinning Technique and Its Recent Progressin the Application of Energetic Materials)* . Chinese Journal of Explosives & Propellants(Huozhayao Xuebao) ,2020,43(6) ： 569-577.570火炸药学报第43卷第6期物体交界的过渡区域，是一种典型的介观系统，呈岀独特的理化，具系列独特的效应，如表面效应、小尺寸效应等纳米化在改'应深度、增大放，提高放速率和，卩，增强力学面表现岀的优势。

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。

静电纺丝技术应用现状及发展趋势概述静电纺丝技术是一种通过静电作用将高分子溶液或熔体纺丝成纤维的方法。

该技术具有高效、低能耗、易于操作等优势，因此在纺织、医疗、材料科学等领域得到广泛应用。

本文将以静电纺丝技术应用现状为基础，探讨其发展趋势。

一、静电纺丝技术应用现状1. 纺织领域静电纺丝技术在纺织领域得到了广泛应用。

通过调节溶液配方、纺丝参数等，可以制备出具有不同性能的纺织品，如细纤维滤材、高吸附性纤维、电磁屏蔽材料等。

此外，静电纺丝技术还可用于纤维增强复合材料的制备，提高材料的强度和导电性。

2. 医疗领域静电纺丝技术在医疗领域具有广阔的应用前景。

通过静电纺丝技术制备的纤维具有高比表面积和多孔结构，可以用于制备医用纺织品、修复组织工程支架、药物缓释系统等。

例如，静电纺丝技术制备的纤维材料可以用于制作创面敷料，具有良好的吸附性和渗透性，能够促进伤口的愈合。

3. 材料科学领域静电纺丝技术在材料科学领域发挥了重要作用。

通过调节纺丝参数和材料组分，可以制备出具有特殊结构和功能的纤维材料。

例如，静电纺丝技术可以制备出具有高比表面积和孔隙结构的纳米纤维薄膜，用于催化、传感和能源存储等领域。

此外，静电纺丝技术还可以用于制备纤维增强陶瓷材料、纤维增强金属复合材料等。

二、静电纺丝技术的发展趋势1. 工艺改进静电纺丝技术在溶液配方、纺丝参数等方面存在一些挑战，如纤维直径分布不均匀、低产率等问题。

因此，未来的发展趋势之一是改进静电纺丝工艺，提高纺丝的稳定性和一致性。

这可以通过优化溶液配方、改进纺丝设备和控制系统等措施实现。

2. 多功能材料开发随着对功能材料需求的增加，静电纺丝技术在制备多功能材料方面具有广阔的应用前景。

未来的发展趋势之一是开发具有多种功能的纤维材料，如光学性能、电子性能、力学性能等。

这可以通过改变纺丝参数、材料组分和纤维结构等方式实现。

3. 与其他制备技术结合静电纺丝技术在制备纤维材料方面具有独特的优势，但也存在一些限制。

静电纺丝制备纳米纤维的研究进展鲍桂磊;张军平;赵雯;朱娟娟;王改娥【摘要】Due to tiny diameter, big specific surface area, and the ability to achieve surface functionalization easily, nanofibers are attracting great attention, and electrospinning technology is considered to be the most simplest and effective way to prepare polymer nanofibers, many researchers at home and abroad have studied the electrospinning technology in detail. In this paper, the working principle of electrospinning was introduced briefly, and influential factors on the electrospinning process were analyzed, such as solvent, consistency and viscosity, conductance, applied voltage, flow rate and distence between the gaps. In addition, application of electrospun nanofibers in the fields of filter media material, sensors and biomedical engineering was described, and some problems of this technique were pointed out as well as countermeasures.%纳米纤维具有直径小、比表面积大和易于实现表面功能化等优点，受到了广泛的关注，而静电纺丝技术被认为是制备聚合物纳米纤维最简单有效的方法，因此国内外学者对静电纺丝技术进行了详细的研究。

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。