静电纺丝制备具有纤维取向和大孔结构的纤维网

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。

静电纺丝技术制备聚合物纳米纤维膜的研究聚合物纳米纤维膜是一种新型的材料，由于其具有优异的物理和化学性质而受到越来越多的关注。

目前，研究人员开展了大量的工作，以开发制备这种材料的新方法。

静电纺丝技术是一种被广泛应用于聚合物纳米纤维膜制备的方法。

该方法以高压静电场为驱动力，通过将聚合物分子从液态转变为固态，从而制备具有纳米级尺度的聚合物纤维。

本文将介绍静电纺丝技术制备聚合物纳米纤维膜的原理、优点以及应用。

一、静电纺丝技术的原理静电纺丝技术是指将含有聚合物溶液的“滴”，通过高压静电场的作用，使溶液从液态转变为纳米级尺度的聚合物纤维的过程。

该技术涉及两个相反的过程：传输和荷电。

在传输过程中，溶液从喷嘴中被喷出，形成溶液“滴”，然后通过高压静电场的作用，这些滴获得了荷电，移动到地面或由电极吸附。

在荷电过程中，因为这些荷电粒子被静电力所吸引，所以它们沿着高压电极向下运动。

当这些荷电粒子接近到一定距离，它们之间的静电引力就足以克服表面张力，形成纳米级尺度的聚合物纤维。

二、静电纺丝技术的优点制备聚合物纳米纤维膜的传统方法包括溶液浸渍、熔融拉伸等技术，但这些方法都存在着一些局限性，如工艺复杂、成本高等。

相比之下，静电纺丝技术具有如下优点：1.高效性：该技术可在较短时间内制备大量的纳米级聚合物纤维，并可实现连续性生产。

2.灵活性：静电纺丝技术可以制备出不同形态、大小和形状的聚合物纳米纤维。

3.高质量：该技术制备的聚合物纳米纤维具有高度纯度、尺寸一致性好和结构紧密等特点，使其应用广泛。

三、聚合物纳米纤维膜的应用聚合物纳米纤维膜由于其纳米级尺度的尺寸和优良的物理化学性质，在多个领域中都有着广泛的应用。

下面简要介绍其主要应用领域。

1.过滤和分离领域：聚合物纳米纤维膜由于其纤维间距非常小，同样尺寸的纳米级颗粒、蛋白质等大分子物质可以被过滤掉，这使其在液体过滤和气体过滤领域有广泛的应用。

2.生物医学领域：在不同细胞之间建造三维聚合物纳米纤维膜支架，使得细胞能够依附并形成新的组织，有利于修复受损的组织和器官。

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。

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。

静电纺丝技术的影响因素及应用研究综述静电纺丝技术是一种利用静电场将高分子溶液或熔融体拉丝成纤维的方法。

它具有成本低、生产效率高、可以制备纤维细、密、异性结构调控等优势。

近年来，静电纺丝技术在纺织、医药、环境保护等领域得到了广泛应用。

本文将对静电纺丝技术的影响因素及应用研究进行综述。

影响静电纺丝技术的因素主要有以下几个方面：一、高分子材料的选择静电纺丝技术适用于多种高分子材料，例如聚丙烯、聚丙烯腈、聚酯等。

在选择高分子材料时，需要考虑其分子结构、分子量、熔点、溶解性等因素，以确保其适合静电纺丝工艺条件。

二、静电场的强度和分布静电纺丝过程中，静电场的强度和分布对纤维的拉伸和收集起到关键作用。

适当调整静电场的强度和分布可以改善纤维的拉伸性能和形状的均匀性，从而得到质量较好的纤维产物。

三、喷丝喷嘴结构喷丝喷嘴是静电纺丝工艺中至关重要的设备之一，其结构对纤维的形状、尺寸和性能有着重要影响。

合理设计和优化喷丝喷嘴结构，可以提高纤维的拉伸性能和收集效率。

四、工艺参数的优化静电纺丝工艺参数包括喷丝喷嘴的温度、静电场的电压、喷丝溶液的流速等。

合理优化这些工艺参数，可以有效控制纤维的直径、密度和形状，提高纤维的品质和产量。

静电纺丝技术的影响因素主要包括高分子材料的选择、静电场的强度和分布、喷丝喷嘴结构以及工艺参数的优化等方面。

针对这些影响因素，科研人员通过不断的实验研究和工艺探索，已经取得了许多有价值的研究成果。

下面，我们将结合相关研究成果，对静电纺丝技术在纺织、医药和环境保护领域的应用进行综述。

一、静电纺丝技术在纺织领域的应用静电纺丝技术可以制备直径较细的纤维，因此在纺织领域有着广泛的应用前景。

利用静电纺丝技术可以生产出具有纳米级直径的纤维，这种纤维具有良好的透气性、吸湿性和柔软度，被广泛应用于功能性纺织品的制备。

静电纺丝技术还可以制备具有微孔结构的纤维薄膜，这种薄膜可以用于过滤材料、隔离材料等领域。

通过调控静电纺丝工艺条件，可以控制纤维薄膜的孔径和孔隙率，从而获得具有特定过滤性能的纤维膜材料。

静电纺丝法制备的多孔碳纳米纤维李静;乔辉;魏取福【摘要】用静电纺丝法制备了聚丙烯腈(PAN)/聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)复合纳米纤维,经预氧化、高温炭化,制备用作锂离子电池负极材料的碳纳米纤维(CNF).透射电子显微镜(TEM)和比表面积分析发现:制备的CNF具有多孔结构,比表面积达到572.9 m2/g,平均孔径为33.6 nm.以50 mA/g的电流在0.01～ 3.00V循环,制备的多孔CNF的首次放电比容量为333.3 mAt/g,第20次循环的可逆比容量为231.8 mAh/g,充放电效率近90％.%Polyacrylonitrile (PAN)/poly(methyl methacrylate) (PMMA) composite nanofibers were prepared by electrospinning technique,then porous carbon nanofibers (CNF) as anode material for Li-ion battery were obtained by pre-oxidation and high temperature carbonation. The analyses of transmission electron microscopy (TEM) and specific surface area showed that the as-prepared CNF had porous structure,the specific surface area was 572.9 m2/g,the mean pore size was 33.6 nm. When cycled in 0.01 - 3.00 V with the current of 50 mA/g,the initial specific discharge capacity of the as-prepared porous CNF was 333.3 mAh/g, the reversible specific capacity was 231.8 mAh/g at the 20th cycle, the charge-discharge efficiency was near 90% .【期刊名称】《电池》【年(卷),期】2011(041)003【总页数】3页(P132-134)【关键词】静电纺丝法;碳纳米纤维(CNF);多孔结构;负极材料;充放电性能【作者】李静;乔辉;魏取福【作者单位】江南大学纺织服装学院,生态纺织教育部重点实验室,江苏无锡214122;江南大学纺织服装学院,生态纺织教育部重点实验室,江苏无锡214122;江南大学纺织服装学院,生态纺织教育部重点实验室,江苏无锡214122【正文语种】中文【中图分类】TM912.9锂离子电池所用的碳负极材料,主要为石墨类材料和低温热解碳。

静电纺丝碳纤维微观结构
静电纺丝是一种制备纳米纤维的方法，通过将高电压施加到聚合物溶液或熔体上，使其在电场作用下形成纤维。

碳纤维是由含碳原子的纤维组成，具有轻质、高强度和耐高温等特点。

静电纺丝碳纤维的微观结构主要包括以下几个方面：
1. 分子结构，静电纺丝碳纤维的分子结构主要取决于原料聚合物的种类，如聚丙烯、聚丙烯腈等。

在静电纺丝过程中，聚合物溶液或熔体被拉伸成纤维，分子链在拉伸过程中会发生定向排列，这种定向排列对纤维的性能有重要影响。

2. 结晶结构，静电纺丝碳纤维的结晶结构对其性能具有重要影响。

在纤维形成过程中，分子链会发生结晶，形成晶体区域和非晶区域。

晶体区域的形态和尺寸会影响纤维的力学性能和导电性能。

3. 表面形貌，静电纺丝碳纤维的表面形貌通常是光滑且细长的纳米级纤维，表面的形貌对纤维的表面性质和增强效果具有重要影响。

4. 孔隙结构，静电纺丝碳纤维通常具有多孔结构，这种多孔结
构有利于纤维的吸附性能和应用于过滤材料等领域。

总的来说，静电纺丝碳纤维的微观结构对其性能具有重要影响，包括分子结构、结晶结构、表面形貌和孔隙结构等方面。

这些微观
结构的特点决定了静电纺丝碳纤维在材料科学和工程应用中的性能
表现和潜在应用领域。

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。

第36卷第1期2022年1月中国塑料CHINA PLASTICSVol.36，No.1Jan.，2022聚合物离心静电纺丝技术研究进展安瑛，刘宇亮，谭晶，杨卫民，阎华，李好义∗（北京化工大学机电工程学院，北京100029）摘要：简述了离心静电纺丝技术的工作原理，对国内外近期离心静电纺丝的研究进展进行了综述。

总结了离心静电纺丝的成纤机理，根据纺丝材料特性，将离心静电纺丝分为溶液离心静电纺丝和熔体离心静电纺丝两类，并将这两类纺丝方法的装置和工艺创新进行了分类，总结了各种装置的结构特征和优缺点，并对其工艺参数进行了分析。

最后对离心静电纺丝微纳米纤维的应用进行了简介，针对离心静电纺丝中存在的问题以及未来的发展趋势进行了浅析。

关键词：离心静电纺丝；纳米纤维；聚合物中图分类号：TQ320.66文献标识码：A 文章编号：1001­9278（2022）01­0172­06DOI ：10.19491/j.issn.1001­9278.2022.01.025Research progress in polymer centrifugal electrospinningAN Ying ，LIU Yuliang ，TAN Jing ，YANG Weiming ，YAN Hua ，LI Haoyi ∗（College of Mechanical and Electrical Engineering ，Beijing University of Chemical Technology ，Beijing 100029，China ）Abstract ：The working principle of centrifugal electrostatic spinning technology was briefly described ，and the recent re­search progress of centrifugal electrostatic spinning at home and abroad was reviewed.The fiber formation mechanism of centrifugal electrostatic spinning was summarized ，and the centrifugal electrostatic spinning was divided into two catego­ries according to the characteristics of spinning materials ：solution centrifugal electrostatic spinning and melt centrifugal electrostatic spinning.The device and process innovations of these two types of spinning methods were classified ，and the structural characteristics and advantages and disadvantages of various devices were summarized.Furthermore ，their pro­cess parameters were analyzed.Finally ，the applications of centrifugal electrostatic spinning of micro and nano fibers were briefly described ，and the problems in centrifugal electrostatic spinning and the future development trend were analyzed.Key words ：centrifugal electrospinning ；nanofiber ；polymer0前言随着纳米纤维技术的发展，纤维的使用范围越来越广，被广泛应用于过滤［1­2］、传感器［3］和组织工程［4］等领域，因此对纳米纤维先进制备技术的需求越来越迫切。