学号：
北京化工大学
毕业设计开题报告
题目：
学院：材料科学与工程学院专业：
班级：姓名：
指导教师：
专业负责人：
指导老师意见：
指导老师签字：日期: 年月日
日期：年月日
静电纺丝文献综述
摘要：静电纺丝技术自从2000年以后进入快速发展期，论文和专利都成指数型增长。目前，研究的现状从这些研究的内容看，研究主要围绕静电纺丝的应用、工业化、原理三个方面。同时，在医用材料领域，静电纺丝也逐步展开了研究。
关键词：静电纺丝，研究现状，医用材料
Abstract:Electrospinning develops rapidly that papers and patents increase exponentially since 2000. The research status focus on applications, industrialization and principle. Meanwhile, electrospinning research on biomaterials is springing up.
Key words: electrospinning, research status, biomaterials application
1 静电纺丝发展
目前常用的制备纤维的方法有拉伸法、模板法、相分离法和静电纺丝法。其中，静电纺丝法制备纤维因其操作简单、适用较广和成本低而广泛被使用在纺丝领域。静电纺丝是A.Formhals在1934年发明[1]。在1938年至1944年期间，随着A.Formhals 对静电纺丝技术的进一步改进和对静电纺丝原理的探究[2-7]，静电纺丝技术得到了进一步的发展。1969年，Taylor发现了Taylor锥[8]，对静电纺丝的原理进行了进一步的丰富。1971年，杜邦公司利用静电纺丝制备了PAN亚纳米纤维。1981年，美国Ethicon 公司研究了静电纺丝技术在医学领域的应用[9]。在20世纪90年代后，静电纺丝技术在世界范围内得到了快速发展，文献和专利技术迅速增加。在2001年，国内有关静电纺丝技术的专利出现，东华大学、北京化工大学、浙江大学等高校成了国内静电纺丝研究的中心。在2006年，全球第一条静电纺丝制备纳米纤维的生产线投入市场，标志着静电纺丝技术实现了工业生产化。
2 静电纺丝原理
静电纺丝所需要的实验装置静电纺丝机。静电纺丝机一般包括高压电源、喷丝装置和收集装置。喷丝装置到收集装置的距离一般为15-25cm，电压为0-50kV。纺丝液体从喷丝装置流出，在高压电压作用下客服喷丝液自身的表面张力和粘弹力而形成射流。随着溶剂的挥发和熔体的凝固，射流最终在接收装置上形成纤维。
在当代，学者对静电纺丝原理进行了进一步研究和探讨[10]，其研究主要集中在泰勒锥和纳米纤维的弯曲非稳定性两个方面。另外，同轴静电纺丝和纺织核壳结构纳米纤维的原理的研究也在悄然兴起。
3 影响因素
静电纺丝的影响因素主要有以下三个因素：溶液性质，控制变量，外界条件。溶液性质包括溶质性质，溶剂性质，溶剂浓度，溶液导电率和PH值，溶液表面张力等；控制变量包括电场强度，接收距离，推进速度，针头内径等；外界条件包括空气湿度和温度。
对于同一种聚合物溶液，随着分子量的增加分子链的长度增加，从而分子量的粘弹性、流变性、表面力学性能改变，纤维性能改变[11]。同理，聚合物的浓度[12]、溶剂[13]等改变，纤维性能改变。随着外加电压的减小，溶液表面的静电斥力减小，纤维表面越光滑[14]；同样，接受距离增加、流速减小，更有利于纤维的纺织。空气湿度、温度对静电纺丝也有一定的影响：Ramsay-shields推导出了相关公式
γ*v^（2/3）=K*(Tc-T-6)
其中γ为表面张力，V为液体摩尔体积，K为普适常数，Tc为临界温度[15]。
4 研究进展
4.1 在应用方面
静电纺丝制备纳米纤维在2006年实现工业化以后，目前已经开始用于各个方面。如生物材料，组织支架，污水处理等等方面。在医学材料方面，静电纺丝制备的纤维膜可以用于体外创伤护理的敷料、皮肤再生的医用敷料和具有定向药物释放功能的医用辅料[26]。污水处理等常用的超滤膜有聚丙烯晴（PAN）超滤膜、聚砜类（PS）超滤膜、醋酸纤维素（CA）超滤膜等。超滤膜可以通过机械的吸附等物理作用可以是溶
剂和溶质选择性的通过，从而起到过滤筛选的作用。
4.2 在工业化方面
自从2006年全球第一个静电纺丝制备纳米纤维的生产线建立之后，标志着静电纺丝进入工业化阶段。目前，在工业方面研究的热点主要有多针头喷丝工艺的设计、无针头静电纺丝、多孔平板型喷头设计、多孔陶瓷管喷头设计等。在目前纳米纤维急切需求的市场情况下，高性能、低成本的静电纺丝工艺将是这方面研究的重点和热点。
4.3在技术原理方面
溶液性质、控制条件和外界环境对纺丝效果影响较大，通过对溶液、控制条件和外界条件的调控来控制静电纺丝，从而改善纤维的性能是静电纺丝技术的一个新的研究热点。
5 HA和PEO性质
5.1 透明质酸
透明质酸（HA , Hyaluronic acid）又称玻璃酸，玻尿酸。透明质酸是一种无毒的白色的无定型态的粉末状固体，如图1（a）。这种固体无臭无味，具有极强的吸湿性，可溶于水，但是不能溶于有机溶剂。透明质酸的水溶液具有很高粘弹性和可塑性，易于制成纳米纤维。由透明质酸制成的生物膜具有很好的渗透性，改性后可用作渗透膜。由于人体和生物体内含有大量的透明质酸，并且主要分布在结蹄组织和细胞外基质中，所以透明质酸具有良好的生物相容性。透明质酸极易降解，在酸碱、高温、射线、金属条件下都可降解。由于透明质酸的独特性之，它还被用着乳化剂、增稠剂和润滑剂等。
透明质酸是由N-乙酰葡萄糖胺和葡萄糖醛酸通过β-1,4和β-1,3糖苷键反复交替连接形成的线性酸性粘多糖。这种粘多糖的结构单元属于葡萄糖的衍生物，其结构式如图1（b）。透明质酸的分子量一般小于400万，当分子量高达300万后就因无可纺窗口而不具有可纺性了，失去了低分子量的透明质酸的可纺性。
图1 透明质酸。（a）为透明质酸实物图；（b）为透明质酸结构式由于透明质酸的结构单元含有大量的羟基，这些羟基在透明质酸的分子间或者分子内形成氢键。在氢键和分子间的各种作用力的共同作用下，透明质酸的空间结构是刚性的螺旋柱型。除此之外，羟基具有极强的亲水性，亲水量可高达自重的1000倍以上；在分子间作用力作用下，羟基排布极其规整，取向相同，而在羟基取向的反方向上是整齐的碳链骨架的排列，碳链是难溶于水的，所以在碳链侧透明质酸具有憎水性。由此，透明质酸具有亲水憎水的双重属性。因为透明质酸这种独特的性质，它被广泛用于化妆品行业，并被公认为是高端的保水因子。
除此之外，透明质酸也被广泛用于医用行业。透明质酸具有良好的生物相容性，其本身就是生物体的一部分。目前，在眼科、关节疾病、外科手术、疾病诊断方面，透明质酸发挥着重要的作用[16]。透明质酸无毒无害，并且易于降解，在食品加工工艺上也有所应用。
透明质酸目前主要采用组织提取法和微生物发酵法两种工艺进行生产。目前，通用的方法主要是组织提取法，这种生产方法成本高，规模小。在我国，大型的透明质酸生产厂家有山东福瑞达公司、山东东营东辰集团公司、上海聚源生物科技公司、广州申强化工有限公司、浙江瑞邦制药厂、江苏无锡柯兰精细化学制品厂、重庆团结生化制品有限公司、江苏吴江振兴生物制品厂、杭州嘉伟生物制品有限公司等，但他们采用的都是组织提取法。在国外，目前能采用微生物发酵法的厂家大概只有三四家。透明质酸的价格昂贵，化妆品级的透明质酸的市场价大约在1.3万/kg，而医用级的透明质酸的市场价大约在8万/kg，这也大大限制了透明质酸的应用。
5.2 聚环氧乙烯
聚环氧乙烯（PEO , Polyethylene oxide）又称为聚环氧乙烷。聚环氧乙烯是一种无毒的白色微颗粒状的固体，如图2（a）。聚环氧乙烯易溶于水，也可溶于氯仿、二氯甲烷等良性有机溶剂中，在加热的情况下还可溶于苯、甲苯、四氢呋喃等。聚环氧乙烯具有良好的抗热性，热解温度高达300℃。除此之外，它还是良好的抗药剂和抗静
电剂。聚环氧乙烯的结构式如2（b）。当其分子量小于2,5万时，其形态呈液态或者蜡状固体，这种形态的聚环氧乙烯实际上就是我们平时见的聚乙二醇（PEG ，Polyethylene glycols）；当其分子量大于2.5万时，聚环氧乙烯呈白色固体状。通常，人们把分子量大于10万的聚环氧乙烯称为高分子量聚环氧乙烯。
图2.2 聚环氧乙烯。（a）聚环氧乙烯实物图；（b）聚环氧乙烯结构式聚环氧乙烯用途极广，在工业、食品、医药、消防等领域都有应用。在工业领域，聚环氧乙烯常被用作水相减阻剂、凝聚剂、增稠剂、润滑剂、粘合剂、脱模剂、上浆剂、成型剂、润滑剂等。由于聚环氧乙烯的无毒性，聚环氧乙烯在医药食品领域也有所应用。
6.展望
静电纺丝技术因为其装置简单、成本低廉等仪器条件、可纺材料种类多等试剂条件、工艺可控的工艺条件，目前已经成为制备纳米纤维最常用的一种方法之一。但是，目前静电纺丝制备纳米纤维的工业化不足、原理技术还有待完善、应用仍然单一。以后研究的重点和热点将围绕着工业化、应用和原理技术展开。另外，随着生物材料在新材料领域的新兴，静电纺丝制备纳米纤维作为细胞组织培养支架、人体植入替代组织、生物医用器械等方面也将逐步展开。
参考文献
[1]FORMHALS A. Processand apparatus for producing artificial fila-menls from material such as cellulose acetate threads[P].US，1975504.1934-10-02
[2]FORMHALS A．Artificial fiber consWuction[P].US，2109333.1938-02-22
[3]FORMHALS A．Method and apparatus for the production ofartificial fibers[P].US，2158416.1939-05-16
[4]FORMHALS A．Method and apparatus for spinning[P].US,2160962．1939-06-06
[5]FORMHALS A. Artificial thread and methodof pmducinasame[P].US,2187306.1940-01-16
[6]FORMHALS A. Production ofartificial fibers from fiber forming liquids[P].US,2323025.1943-06-29
[7]FORMHALS A. Method and apparatus for spinning[P].US,2349950 .1944-05-30
[8]TAYLOR G. I Electrically driven jets[J]. London Ser A,1969,313(1515):453-475
[9]中国知识产权研究会．各行业专利技术现状及其发展趋势报告2007—2008[M]．北京：科学出版社，2008：2—20
[10]薛聪，胡影影，黄争鸣.静电纺丝原理研究进展[J]高科技纤维与应用，2009，6：38-47
[11]KOSKI A, YIM K, SHIVKUMAR S. Effect of molecular weight on Fibrous PV A produced by electrospinning[J]. Materials Letters,2004,58:493-497
[12]DEITZEL J M, KLEINMEYER J, HANRRIS D,et al. The effect of processing varibles on the morphology of electrospun nanofibers and textiles[J]. Polymer, 2001,42:261-272 [13]TAN S H., INAI R, KOTAKI M, et al. Sytematic parameter study for ultra-fine fiber fabrication via electrospinning process[J]. Polymer, 2005,46:6128-6134
[14]傅献彩等，物理化学（下册）[M].北京：高等教育出版社，2000
[15]江创生，陈向标. 静电纺丝制备生物医用敷料的研究进展[J]. 合成纤维工业，2012,35（3）：44-51
[16]陈忠杰，郭爱玲 . 透明质酸的应用及生产[J].牙膏工业，2007（3）：40-41
静电纺丝实验 方案一： 2.2.3 插层复合静电纺丝溶液的制备及其基本性质的研究 按比例准确称取一定质量的O-MMT,在20 mL 的DMF 中超声分散3 h,然后加入 3 g 聚丙烯腈粉末,搅拌24 h 后待用。本实验中,O-MMT 的加入量占PAN/O-MMT 复合材料总质量的0 wt.%、1 wt.%、3 wt.%及5 wt.%,用PAN、PAN/O-MMT-1、PAN/O-MMT-3 及PAN/O-MMT-5 分别表示。原料O-MMT、PAN 固体粉末使用前在50 oC温度下干燥处理12 小时后使用。 对含有不同比例O-MMT 的PAN/O-MMT 复合静电纺丝液的基本性质(粘度、电导率、表面张力)进行测试。纺丝液的粘度采用旋转式粘度计(NDJ-79)进行测试,表面张力的测试则是通过QBZY-1 型全自动表面张力仪测试得到的,电导率的测试是利用DDS-11A 型数显电导率仪测试得到的。 2.2.4 静电纺丝法制备插层复合纳米纤维 将已配置好的纺丝液倒入带针头的标准容量为20 mL 注射器,在针头加上正电势,用被铝箔覆盖的滚筒作为接收装置,纺丝工艺为:纺丝电压15 kV,推进速度0.5 mL/h,收集距离15 cm。纺丝结束后,收集铝箔上的纳米纤维,在室温下存放,待残留溶剂挥发。 方案二： １。１复合材料的制备 选用分子量为９００００的ＰＡＮ粉末和平均粒径为３５ｎｍ的硅粉为主要原料．先将ＰＡＮ粉末加入二甲基甲酰胺ＤＭＦ溶剂中形成质量分数为１２％的高分子聚合物溶液再按质量比ｍＳｉ∶ｍＰＡＮ＝１∶６．５加入硅粉形成悬浊液．上述液体在室温下搅拌１２ｈ后超声分散３０ｍｉｎ形成均一稳定的前驱体溶液．将前驱体溶液置于１５ｍＬ注射器中针头孔径０．６ｍｍ通过推进泵控制移动速度进行静电纺丝．纺丝电压为１７ｋＶ接收板为２２ｍ铝箔接收距离为２１．５ｃｍ．所得纺丝前驱体在２９０℃预氧化１ｈ后置于通有氩气保护的管式炉中烧结烧结温度为６００℃烧结时间为５ｈ．为了进行对比分析本文采用相同的静电纺丝工艺制备了ＰＡＮ原丝．先将ＰＡＮ粉末加入ＤＭＦ溶剂中形成质量分数为１２％的高分子聚合物溶液该溶液未加硅粉其静电纺丝过程前驱体预氧化过程和烧结过程的参数与上述ＳｉＣ复合材料制备参数一致． 方案三： 2．3．3．1 SiOz纳米粒子表面固定ATRP引发剂 使用前的Si02粒子经150"C真空干燥24小时，氮气保护的冰水浴四孔烧瓶中加入2．Og纳米Si02粒子，3．09(9．5mm01)4一苄基三氯硅烷和20ml无水四氢呋喃(使用前经金属钠回流6小时)，磁力搅拌后，溶于5．Oral四氢呋喃的三乙胺1．2ml(8．6 mm01)缓慢地滴加入上述体系，滴加完毕后O'C放置24,时，撤去冰水浴窒温反应244,时。反应完毕后，离心的下层粉状固体，用甲醇／水混合溶剂(v／v，1／1)清洗3次后，室温真空干燥24小时，大约共得到约1．89l 兰l色粉末状固体。 2．3．3．2纳米粒子表面引发GMA的ATRP反应
BI YE SHE JI （二零届） 静电纺丝法制备聚丙烯腈基碳纤维 所在学院 专业班级纺织工程 学生姓名学号 指导教师职称 完成日期年月
摘要：静电纺丝是制备超细纤维和纳米纤维的重要方法。无论对于天然还是合成聚合物，它都能适用，并可获得直径从几十纳米至几微米不等的纳米级纤维。碳纤维具有优异的物理和化学特性，在复合材料、电子器件、储氢等领域极具应用价值。 本文以聚丙烯腈为原料，二甲基甲酰胺为溶剂，利用静电纺丝装置，采用静电纺丝的方法制备超细的聚丙烯晴基纤维膜，再经预氧化和碳化制得碳纤维。用数码相机图片研究静电纺丝法制备聚丙烯晴基纤维的影响因素，用扫描电子显微镜（SEM）观察纤维膜的形态结构，单纤维电子强力仪等仪器测定纤维的力学性能，结果表明：纤维的直径随着电压的升高，收集距离的增大而变细，随着纺丝液浓度的增加而变粗。处理后聚丙烯晴碳纤维刚度变大，最大应力和断裂伸长呈下降的趋势，有利于作为高强度材料的复合材料。 关键词：静电纺丝；聚丙烯腈基碳纤维；影响因素；力学性能
The Preparation of polyacrylonitrile-based carbon fibers by electrospinning Abstract：Electrospinning is an attractive method of producing fibers from both natural and synthetic polymer with diameters ranging from scores of nanometers to several micrometers. Carbon fiber has a potential application in composite materials, electronic devices, hydrogen storage and other areas due to its excellent physical and chemical properties. The ultrafine polyacrylonitrile-based fiber membrane was prepared by electrospinning, pre-oxidation and carbonization. The polyacrylonitrile was as raw material and the dimethyl formamide was as the solvent. The effects on the preparation of polyacrylonitrile-based fiber membrane by electrospinning were studied using digital camera images. By using scanning electron microscopy(SEM) and single fiber strength tester, the morphologies and mechanical properties of fiber membrane, were also researched. The results show that the diameter of the fiber decrease with the higher of the applied voltage, the longer of the collection distance and the lower of the eletrospinning solution concentration. The stiffness of treated polyacrylonitrile carbon fiber becomes larger, the maximum stress and elongation show a downward trend and can be a candidate for high-strength composite materials. Keywords: Electrospinning; polyacrylonitrile-based carbon fiber; effects; mechanical properties
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。
毕业论文（设计） 聚苯乙烯纳米纤维膜的PDMS功能化及润湿行 为研究 The Wetting Behavior Research of PDMS Functional Polystyrene Nanofiber Membrane 学生姓名： 指导教师： 合作指导教师： 专业名称：应用物理学 所在学院：理学院 2014年6月
目录 摘要......................................................... I ABSTRACT .................................................... I I 第一章前言 (1) 1.1.静电纺纳米纤维膜技术原理 (1) 1.1.1. 静电纺复合纳米纤维膜实验装置 (1) 1.1.2. 静电纺丝装置技术现状与应用 (1) 1.1.3. 静电纺纳米纤维膜技术原理与发展方向 (2) 1.2.超疏水表面制备方法 (2) 1.3.本论文的主要研究工作 (3) 1.4.本论文的构成 (4) 第二章本课题相关研究技术简介 (5) 2.1.PDMS和PS的性质功能介绍 (5) 2.1.1 PDMS和PS的基本性质介绍 (5) 2.1.2 PDMS和PS的应用 (5) 2.2.复合纤维膜的疏水性与水的渗透通量的影响因素 (6) 2.3.静电纺丝技术的优势与局限性 (7) 第三章实验部分 (8) 3.1.实验试剂 (8) 3.2.实验仪器 (8)
3.3.实验步骤 (8) 3.3.1. PS溶液配制 (8) 3.3.2. 掺杂PDMS的PS溶液配制 (8) 3.3.3. PS及其复合物纳米纤维无纺布的制备 (9) 3.3.4. 薄膜表面疏水性能的评价 (9) 3.3.5. 纤维形貌的表征 (9) 第四章结果与讨论 (10) 4.1.纤维形貌的表征 (10) 4.1.1 PDMS浓度对静电纺丝情况的影响 (10) 4.1.2 掺杂PDMS的PS纳米纤维无纺布的形貌 (10) 4.2.纤维表面润湿性能的表征 (12) 第五章实验结论 (15) 致谢 (17) 参考文献 (18) 附录 (19)
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，
聚丙烯腈纳米纤维的发展现状与展望 关键词：聚丙烯腈；静电纺丝；纳米纤维；活化；纳米碳纤维 摘要：聚丙烯腈(PAN)，一种以良好的稳定性和机械性能著称的聚合物，已经广泛应用于碳纳米纤维(CNFs)的生产中，由于其环境友好性和商业可行性等诸多优良特点，近来很受关注。在生产碳纳米纤维(CNFs)的众多单体中，由于聚丙烯腈的高含碳量和加工中的灵活性，以及腈类聚合物的阶梯型结构组成，碳纳米纤维(CNFs)也很容易获得稳定的产品。由此可见，它们在电子、组织工程膜、过滤材料和高性能复合材料等领域有广泛的应用。本文综述了PAN和PAN 预聚体是生产PAN碳纳米纤维(CNFs)聚合物原料中的混合物和各种复合材料。各种PAN的改性和PAN未来的前景在不同的科学技术学科领域都将得以研究。 1. 介绍 聚丙烯腈（PAN）和聚丙烯腈的共聚物已经广泛地地在商业/技术开发领域研究了近一个世纪。PAN可被交联，但也可能存在不交联。PAN的交使其产生了一些重要的物理性能。比如不溶性和耐普通有机溶剂溶胀性。近来，相当大的努力一直致力于研究聚丙烯腈（PAN）的加工和纤维成型技术。在用于生产碳纳米纤维（碳纳米纤维）的各种不同预聚体中，聚丙烯腈是最常用的聚合物，由于梯形结构的腈类通过聚合形成；主要是由于其高的碳产率（高达56％）、弹性剪切最终使碳纳米纤维（CNF）产品容易获得稳定的结构。PAN的化学性质是非常重要，因为其在形成纳米碳纤维的不同应用中，包括高多孔结构化纳米碳纤维的预聚体的使用中表面存储电子和能量应用，以及在石墨增强丝线用于高强度和高刚度的有机复合材料中的应用。最近Inagaki等；介绍了化学和纳米碳纤维的应用科学技术发展研究主要限于日本。Barhate和罗摩克里希发表了纳米纤维作为过滤微小材料的过滤介质。李霞讨论关于静电技术生产纳米纤维的发展趋势。然而，据我们所知，关于PAN-based CNFs研究的不同的技术和PAN-based CNFs 在诸多不同领域中的应用，如图1，对PAN基碳纳米纤维的整体批判性的评价没有过评论。各种PAN的改性作为一个有效的预聚体和他们的未来前景在不同
探讨静电纺丝技术的研究进展 摘要：静电纺丝工艺是目前能够直接、连续制备聚合物纳米纤维的方法，具有 工艺简单、操作方便、制造速度快等优点，在医学和环保等领域有广泛应用。介 绍了近年来静电纺丝技术及其应用的研究进展，对静电纺丝的原理、影响因素等 方面进行了综述，对静电纺丝技术在未来的应用提出展望。 关键词：静电纺丝；纳米纤维；进展 引言 纳米纤维严格意义上是指纤维直径小于100nm的超微细纤维。它具有比表面 积大、孔隙率高等特点，因而可广泛应用于高效过滤材料、生物材料、高精密仪器、防护材料、纳米复合材料等领域。20世纪90年代纳米技术研究的升温，使 纳米纤维的制备迅速成为研究热点。静电纺制备聚合物纳米纤维具有设备简单、 操作容易等特点，是目前为止制备聚合物连续纳米纤维最重要的方法之一。 1静电纺丝 静电纺丝设备的简图如图1所示，主要由3部分组成：高压电源、喷丝头和 纤维收集装置。一般采用直流电源供应高压电，而不是交流电源。静电纺丝所需 的高压电为 1～30kV。注射器（或者移液管）将溶液或熔体输送到其末端的喷丝 头处。喷丝头是非常细的金属管且装有电极。收集装置或接收板用于收集纳米纤维，通过改变收集装置的几何尺寸与形状，可调整纳米纤维的排列形态。 2静电纺丝技术的原理 早在1882年，Ｒaleigh的研究发现，带电的液滴在电场中不稳定，进入电场之后，由于 电场力的作用，容易劈裂成较小的液滴。Taylor的研究表明，带电的液滴通过喷丝头进入电 场以后，在电场力以及液体表面张力的共同作用下，液滴逐渐被拉长，形成一个锥状体（Taylor锥），并确定其角度为49.3°。 静电纺丝过程中，聚合物溶液或熔体被挤压到喷丝头，由于电场力和表面张力的作用， 在喷丝头处形成Taylor锥，随着纺丝液不断的被推入电场，纺丝液便会从Taylor锥尖端喷出，在电场中受电场力的作用而被继续拉伸，当射流被拉伸到一定程度时，便会克服表面张力， 发生非稳定性弯曲进而被拉伸并分裂成更细的射流，此时射流的比表面积迅速增大而使溶剂 快速挥发，最终在收集装置上被收集并固化形成非织造布状的纤维毡。 3静电纺丝的影响因素 静电纺丝的影响因素主要包括溶液性质（如黏度、浓度、相对分子质量分布、弹性传导率、介电常数、表面张力等），过程条件（如电压、挤出率、喷丝头与接收装置之间的距离、喷丝头直径等）和环境因素（如温度、湿度、气体流速等）。对于这一方面，很多人进行了 研究。 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、固化距离（喷嘴到接丝装置距离）、溶剂挥发性和挤出速度等。 （1）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。通常在其它条件不变时，随着聚合物溶液浓度的增加纤维的直径也增大。 （2）纺丝电压 随着对聚合物溶液施加的电压增大，体系的静电力增大，液滴的分裂能力相应增强，所 得纤维的直径趋于减少。 （3）固化距离 聚合物液滴经喷嘴喷出后，在空气中伴随着溶剂挥发细流中的同时，合物浓缩固化成纤维，最后被接丝装置接受。对于不同的体系，固化距离对纤维直径的影响不同。例如，对于 聚苯乙烯（PS）/四氢呋喃（THF）体系研究表明，改变固化距离，对纤维直径的影响不明显。
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
第34卷第1期2008年2月 东华大学学报(自然科学版) JOU RNAL OF DONGH UA UN IVERSIT Y(NAT URAL SCIENCE) Vol134,No.1 Feb.2008 文章编号:1671-0444(2008)01-0033-05 盐对聚丙烯腈静电纺丝的影响* 赵从涛,覃小红,李妮,张静,王善元 (东华大学纺织学院,上海201620) 摘要:选取聚丙烯腈(PA N)/二甲基乙酰胺(DM AC)溶液进行静电纺丝,在纺丝液中添加不同种类的盐LiCl, NaN O3,NaCl,CaCl2来控制纺丝液的导电性.研究不同种类盐的加入对P AN静电纺丝的影响.不添加盐和加入不同种类盐后配置静电纺丝溶液,发现溶液的导电性的大小排列顺序为:L iCl>NaNO3>CaCl2>NaCl>无盐.盐的加入对溶液黏度与剪切应力影响很小.不同种类的盐加入后纺制纤维的直径从大到小的顺序依次为LiCl>NaN O3>CaCl2> NaCl. 关键词:静电纺丝;盐;纳米纤维;聚丙烯腈(PA N) 中图分类号:T S102.6+4文献标志码:A Effect of Different Salts on PAN Electrospinning ZH A O Cong-tao,QIN X iao-hong,L I N i,ZH A N G J ing,WA N G Shan-yuan (Co lleg e of Textiles,Dong hu a University,Shang ha i201620China) Abstract:Polyacrlonitrile(PAN)/DM AC solution is used to study the effect o f the conductance of solution on electrospinning by adding different salts.T he effect of different salts on electrospinning of po lyacrlo nitrile(PAN)solution w ere investigated.The various salts include LiCl,NaNO3,NaCl,CaCl2. The results show that w hen the salts w er e respectively added into different concerntratio n of PAN solution,the order of conductant is LiCl>NaNO3>CaCl2>N aCl>no salt added.Viscosity and shearing streng th of electrospinning solutions are slightly affected by the adding of salts and m ainly affected by the chang es of concentration of PA N electrospinning solutions.The or der o f diameter of nanofibers electr ospun by so lutions w ith different salts are LiCl>N aNO3>CaCl2>NaCl. Key words:electrospinning;salts;nanofibers;Poly acrlonitrile(PAN) 在静电纺丝过程中,如果纺丝液完全绝缘或者使用的电压不够高,静电力就不能克服表面张力,这时无法纺制出纤维.如果在溶液中加一些盐,增加溶液的导电性,从而增加射流的表面电荷,纺制纤维变得容易.T H ERONA等人[1]作了一系列关于静电纺丝工艺的实验,研究了不同参数包括电流、相对分子质量、聚合物射流的表面电荷密度对静电纺丝的影响,并用不同溶液包括聚环氧乙烷、聚乙烯醇、聚亚胺酯、聚己酸内脂来进行研究,他们发现盐的加入能显著增加溶液的流动,同样的现象也被DEMIR和FONG等人[2,3]发现.但不同种类的盐对静电纺丝的影响程度的相关研究未见报道. *收稿日期:2006-10-13 基金项目:国家自然科学基金资助项目(10602014) 作者简介:赵从涛(1982)),男,山东菏泽人,硕士研究生,研究方向为静电纺碳纳米纤维.E-mail:ctzhao@https://www.doczj.com/doc/9f12733446.html,
静电纺丝 1 实验简介： 静电纺丝法是聚合物溶液或熔体借助静电力作用进行喷射拉伸而获得纤维的一种方法。该方法涉及到高分子科学，应用物理学、流体力学、电工学、机械工程、化学工程、材料工程和流变学。通过这种方法能够制备超细纤维，其纤维直径在微米和纳米之间，比传统纺织纤维的直径范围要小1~2个数量级。这种小直径提供大比表面积，其范围在10 m2/g（当直径约为500nm时）~1000 m2/g（当直径约为50nm时）。这种超细纤维在过滤，防护织物和生物医药领域都有广阔的应用。 图1 2 实验目的： 了解静电纺丝原理及设备的基本特点。 了解影响静电纺丝的各种影响因素。 通过对纺丝原液的控制制备出具有不同形态的静电纺纤维。 3 原理
20~100μm。（如图2）
图3 不同曝光时间电纺射流图像 左图：快门速度20ms；右图：快门速度为1.0ms。 在产生了射流以后，射流路径在某一距离为直线。然后，在直线段下端产生静电，与空气阻力所引起的弯曲不稳定。这种弯曲允许射流在空间较小的区域内有较大的拉伸。在肉眼观察下或较慢快门的照片中，不稳定区域类似于射流从不稳定起始处的分裂喷射。然而在快门速度为1.0ms的照片中可以发现，射流并不是分裂，而是在进行螺旋运动。分裂现象只是由于射流快速飞行而产生的错觉。但是，在针对某些材料的实验中，也可以观察到射流的分裂和散布现象。静电力使射流伸长数千倍甚至数百万倍，于是射流变得非常细。在整个过程中，溶剂挥发或熔体固化，最终所得的连续纳米纤维收集在接地的金属板、卷绕转鼓或其它种类的收集器上。 静电纺丝的影响因素 现在采用的多为溶液静电纺，其纺丝过程中的影响因素有：纺丝原液浓度，静电场强度，喷丝头直径，纺丝原液特性（如：粘度、表面张力、电导率,饱和蒸汽压等），接收距离，挤出速度，纺丝环境的温度、湿度等。这些因素将会影响所纺纤维的直径，直径分布，纤维形态（串珠结构），结晶度，以及纤维毡的孔隙率，机械强度等性能。在这些影响因素中纺丝原液性质和静电场强度是最主要的影响因素。
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。
1.静电纺丝的定义 静电纺丝又称“电纺”, 是一种使带电荷的聚合物溶液或熔体在静电场中射流来制备聚合物超细纤维的加工方法。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”，而当电场强度增加至一个临界值时,电场力就会克服液体的表面张力,从“泰勒锥”中喷出。在高速震荡中,喷射流被迅速拉细,溶剂也迅速挥发,最终形成直径在纳米级的纤维,并以随机的方式散落在收集装置上,形成无纺布。 2.静电纺丝的生物材料领域应用可行性 由电纺丝纤维制得的无纺布具有孔隙率高、比表面积大、纤维精细程度与均一性高、长径比大等优点, 这些优点使其具备了现实的和潜在的众多应用价值。由电纺法制备出的无纺布具有良好的生物相容性和结构相容性,可以在生物医学材料中广泛应用。通过对材料加工过程的调控,可以实现电纺丝材料在结构、形貌、组分和功能上满足生物医用材料的要求。 3.用于组织工程支架制备的纺丝工艺 ①溶液浇铸成孔剂滤出法。该法所用的成孔剂含量低,由于采用溶液浇铸于器皿中,从而导 致成孔剂下沉,孔隙分布不均匀以及上下表面形态出现诧异。 ②三维层化法。通过制备多孔膜,然后再通过溶剂把各层粘接起来,从而形成三维的支架。该法工艺复杂,而且在粘接过程中,粘接部分孔被封闭,从而形成界面,使材料内部形态不均匀。③熔融加工法。该法在聚合物的熔点以上,把成孔剂与聚合物共混挤人模具。冷却得到预定形状的多孔支架。该法的缺点是在挤出机里,由于熔体与成孔剂的密度相差较大,因而混合难以均匀。而且部分聚合物,尤其是生物可降解的聚合物在熔融加工时,容易热降解。 ④相分离法。该法采用溶液混合物冷却到溶剂的熔点以下,从而产生相分离。再通过真空干燥,从而得到多孔支架。该法的缺点是所得的孔径一般在10μm 以下,而且控制较为困难。 ⑤高压二氧化碳法。该法采用把已成型的聚合物暴露于高压二氧化碳。再通过减压把溶于聚
熔体静电纺丝发展及应用 徐阳，王肖娜，黄锋林，魏取福﹒江南大学生态纺织教育部重点实验室 摘要：静电纺丝法是制备纳米纤维的一种有效方法，得到了广泛的关注和研究。而作为其分 支之一的熔体静电纺丝是近年来才逐渐有研究报道的。虽然其装置较为复杂，纺丝过程不易调控，但其原料适用性广、无毒无污染及产品转化率高等特点，使其在过滤防护、生物医药等领域有着广阔的应用前景。本文在总结熔体电纺典型装置、工艺及聚合物的基础上，分析了熔体射流的运动规律，探讨了熔体电纺纤维的应用，并对其发展方向进行了预测和展望。 关键词：熔体电纺；装置；聚合物；纤维物化性质；应用 引言 静电纺丝是指聚合物溶液或熔体在高压电场中拉伸成纤的过程。自1902年Cooley在其申请的专利[1]中阐明溶液的静电纺丝技术以来，已经100多年了，其间备受关注，研究广泛。而熔体电纺虽然在1936年Charles Norton等的专利中就已提出[2]，但直到1981年才有相关的研究论文出现。Larrondo和Manley发表的三篇系列论文中的第一篇以聚丙烯（PP）和聚乙烯（PE）为原料，探究了熔体电纺的可能性，对比了溶液电纺和熔体电纺的临界电压，并对射流成丝过程进行了摄像记录[3]。此后对熔体电纺的研究依然是持续的空白。21世纪初，才真正掀起了熔体电纺的研究高潮。熔体电纺过程无毒无污染，克服了溶液电纺中溶剂残留和聚集的问题，可以弥补溶液电纺在某些对卫生、安全要求较高的领域如组织工程的应用缺陷。可能是受近年来生物工程研究热潮的推动，国内外学者都对熔体电纺展开了逐渐深入的研究。从2005年到2012年的研究论文达60余篇，并陆续有专利的申请。 熔体电纺装置 熔体电纺的装置目前均由各个研究机构自行搭建，尚无公认的成熟设备。其必要的组成部分是加热部件、给料部件、高压电源及接收部件。熔体电纺装置采取的加热方式主要有激光加热、电加热、流体加热、热风加热。电加热是最普遍的加热方式，笔者所在实验室搭建的熔体电纺装置采用的就是电加热的方式，如图1所示，使用电热圈加热，利用传感器和温控仪对熔体温度实现实时有效调控。实验中分别采用滚筒、平板作为接收装置得到的聚丙烯纤维膜的形态及其SEM 图如图1所示。
摘要：文章介绍了静电纺丝制备纳米纤维的技术，详细地介绍了这种技术的优点，以及它在各个方面广泛的应用。此外，虽然它具有很多的优点，但目前也仍然存在一些问题，我们也对此进行了探讨。 关键词：静电纺丝纳米纤维应用原理 前言：近年来，纳米结构材料，如纳米纤维、纳米管，由于其尺寸效应十分显著，在光、热、磁、电等方面的性质和体材料明显不同，出现许多新奇特性，因此收到了研究人员的高度重视。纳米纤维最大的特点就是比表面积大，从而导致其表面能和活性的增大，产生小尺寸效应、表面或界面效应、量子尺寸效应、宏观量子隧道效应等，在化学、物理性质方面表现出特异性[1]。电纺技术是一种简单和通用的获得连续微米级别以下的超细纤维的方法。通过电纺的方法可以制备出多种纳米纤维，包括氧化物纤维，高子分聚合物纤维等。静电纺丝方法制备的纳米纤维，具有纳米尺寸的直径，高比表面以及纤维之间形成的微小孔隙[2]。 纳米纤维、静电纺丝都是一些新事物，具有广阔的发展前景。可以用于组织工程、人造器官、药物传递和创伤修复等。另外，对植物施用杀虫剂是纳米纤维可能大规模应用的又一个领域。但当前的静电纺丝技术还不成熟，有待于深入地研究，以制得高质量的纤维并能使纳米纤维的制备实现产业化[3]。 一静电电纺丝技术 静电纺丝技术(electrospinning)在国内一般简称为电纺，其是一种利用聚合物流体在强电场作用下，通过金属喷嘴进行喷射拉伸而获得直径为数十纳米到数微米的纳米级纤维的纺丝技术。通过静电纺丝技术得到的纳米级纤维具有直径小、表面积大、孔隙率高、精细程度一致等特点，在组织工程、传感器、工业、国防、农业工程等领域具有极大的发展潜力，而且其在医药领域诸如伤口敷料、控制释放体系等方面也有着巨大的应用前景[5]。从科学基础来看，这一发明可视为静电雾化技术的一种特例。静电雾化与静电纺丝的最大区别在于：两者所使用的工作介质不同。静电雾化采用的是粘度较低的牛顿流体；而静电纺丝采用的是粘度较高的非牛顿流体。由于静电雾化技术与静电纺丝技术原理类似，所以前者的研究也为后者提供了一定的理论基础[4]。因为静电纺丝过程涉及到的学科领域很多，所以至今对它的研究仍处于探索阶段，虽然早在1934年，Formals就发明了用静电力制备聚合物纤维的实验装置并申请了专利，在其专利中，他公布了如何以丙酮作为溶剂的醋酸纤维素溶液在电极间形成射流，从而在静电推力下产生聚合物纤维。 静电纺丝技术的思路最早来源于人们对液体在电场力作用下的电喷射行为的研究。Raleigh在1882年研究发现，当液滴承受的电场力超过表面张力时，其原本的平衡状态被打破，悬挂在金属喷丝头上的液滴就分裂成一系列带电小液
静电纺丝技术制备纳米纤维及其渗透性能研究 肖波齐1，涂星2,王宗篪1,范金土3 （1.三明学院机电工程学院，福建三明365004；2.深圳大学艺术设计学院，广东深圳518060； 3.美国康奈尔大学纤维科学与服装设计系，纽约伊萨卡） 摘要：使用静电纺丝技术制备了纳米纤维，然后计算了纳米纤维的孔隙率，接着采用扫描电子显微镜观测了纳米纤维的微观结构，最后讨论了纳米纤维的渗透率与孔隙率的函数关系，研究结果表明，纳米纤维的渗透率随孔隙率的增加而增加。该研究为功能性衣服的开发和高效过滤系统的设计奠定理论和技术基础。 关键词：纳米纤维；渗透率；孔隙率 中图分类号：TQ340.6文献标志码：A 文章编号：1673-4343（2016）04-0043-04Preparation of Nanofibers and the Investigation of Permeability Performance XIAO Bo-qi 1,TU Xing 2,WANG Zong-chi 1，FAN Jin-tu 3 (1.School of Mechanical and Electrical Engineering,Sanming University,Sanming 365004,China; 2.Art and Design College,ShenZhen University,Shenzhen 518060,China; 3.Department of Fiber Science and Apparel Design,Cornell University,Ithaca,NY,USA ) Abstract:The nanofiber is prepared by electrospinning technique in this paper.The porosity of nanofiber is calculated.Be-sides,the microstructure of nanofiber is observed using scanning electron microscope.The relationship between permeability and porosity is discussed.It is shown that permeability of nanofiber increases with the increase of porosity.The aims of this study is to es-tablish the foundation of theoryand technologyfor developing functional clothing and designing highlyefficient filter system. Key words:nanofiber;permeability;porosity 收稿日期：2015-07-08 基金项目：国家自然科学基金项目（51576114）；福建省自然科学基金项目（2016J01254）；“福建省高等学校新世纪优秀 人才支持计划”项目（JA14285）；“福建省青年拔尖创新人才”项目；三明市科技计划项目（2014-G-7） 作者简介：肖波齐，男，湖北孝感人，教授。主要研究方向：纳米纤维材料。最近几年，随着多孔纳米材料技术的快速 发展，多孔纳米纤维（nanofiber ）的研究得到了科 研人员的高度重视和关注[1-7]。如美国西北大学 Silva 等人[8]利用扫描电子显微镜观测了纳米纤 维的微观几何结构，发现了神经干细胞能在多 孔纳米纤维上选择性的分化；这一重大成果开 创了多孔材料与定向分化新结合的历史，同时 也为多孔纳米纤维开辟了一个新的研究领域； 该研究成果发表在世界顶级学术期刊SCIENCE 上面。另外，据文献报到[9]，多孔纳米纤维网目前 已经应用在空气过滤等方面，图1是目前商用 图1 商用的纳米纤维筒状空气过滤器装置 2016年 8月第33卷第4期三明学院学报JOURNAL OF SANMING UNIVERSITY Aug.2016Vol.33No.4doi ：10．14098／j．cn35－1288／z．2016．04．008