静电纺丝实验指导

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12 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。

Electrospinning 法制备Fe 2O 3纳米纤维1.实验目的① 使学生对纳米知识尤其是一维纳米材料有一个感性的认识，在头脑中建立“介观”概念；② 了解Electrospinning(静电纺丝技术)技术的基本原理及其在无机物纳米纤维制备中的应用；③ 了解纳米Fe 2O 3的物理化学性质及其应用；④ 使学生掌握科技论文的写作技巧，引导学生阅读相关的科技文献；⑤ 提高学生的科技创新能力和增强实践能力的培养。

2. 实验器材及药品① 实验器材：连续可调高压直流电源、静电纺丝装置、磁力搅拌器、烧杯、铁架台、程序控温高温炉、精密温度控制装置。

② 实验药品：Fe(NO 3)3、PVP、去离子水。

3. 实验原理① 实验装置图：静电纺丝技术的装置如图1.1所示。

主要包括三个部分：即高压电源、喷射装置和接收装置。

图1.2是本实验所使用的装置，最高电压为3kv。

图1.1 静电纺丝基本装置图1.2 本实验所使用的装置② 静电纺丝技术基本原理：高压静电纺丝是一项广为人知、简单方便、价廉而且对环境无污染的纺丝技术。

早在20世纪30年代，A.Fomhals就已经在其专利中报道了利用高压静电纺丝，但是直到近几年来，由于对纳米技术研究的迅速升温，静电纺丝技术引起了材料科学家的浓厚兴趣。

目前，采用静电纺丝技术制备高分子纳米纤维已有大量文献报道，但采用该技术制备无机化合物纳米纤维还是一个新兴的领域，鲜见报道。

采用Electrospinning法制备无机化合物纳米纤维，其原理与制备高分子纳米纤维基本相同，除了原材料的的比例和电压以外，最关键的技术是后期的热处理。

只有选择适当的升温速率和焙烧时间才能得到柔韧而不断裂的无机物纳米纤维。

4.实验提示按照一定的比例配制Fe(NO3)3/PVP/H2O溶液5ml，加入到喷射装置中，调节不同的电压制备Fe(NO3)3/PVP纳米纤维，将制备的复合纳米纤维进行热处理即获得Fe2O3纳米纤维。

同轴静电纺丝法引言同轴静电纺丝法（coaxial electrospinning）是一种常用于纳米纤维制备的方法。

通过利用高压电场作用在聚合物溶液或熔融聚合物中形成纳米级直径的纤维。

本文将介绍同轴静电纺丝法的原理、工艺参数和应用，希望能为读者提供全面、详细、完整和深入的探讨。

原理同轴静电纺丝法的原理基于电纺丝（electrospinning）技术，利用高压电场将液滴或液面的聚合物拉伸成纳米级直径的纤维。

同轴静电纺丝法相比单轴电纺丝法具有更高的纤维产量和更好的纤维排列性。

其原理如下：1.高压电场：同轴静电纺丝法通过施加高压电场以形成纤维。

高压电场会产生电场力，将溶液或熔融聚合物中的带电纤维拉伸。

2.同轴结构：同轴静电纺丝法采用同轴结构来控制纤维形成。

同轴结构通常由内外两个电极和喷嘴组成。

内外两个电极分别连接正极和负极，形成高压电场。

喷嘴则用于将溶液或熔融聚合物注入电场中。

3.液滴形成：通过辅助气体或旋转喷嘴，同轴静电纺丝法可以使溶液或熔融聚合物从喷嘴中滴下形成液滴。

液滴的形成受到喷嘴口径和流量的控制。

4.纤维拉伸：在高压电场的作用下，液滴中的聚合物开始形成纤维。

液滴内部的带电聚合物受到电场力的作用，拉伸并逐渐形成纤维。

5.纤维固化：拉伸形成的纤维在空气中逐渐固化。

溶液中的溶剂挥发，熔融聚合物冷却，使纤维获得稳定的结构。

工艺参数同轴静电纺丝法的工艺参数对纤维的形态和性质具有重要影响，下面列举了几个常见的工艺参数：1.电压：电压是决定纤维形成的关键参数。

较高的电压能够产生更长的纤维，但也容易产生电晕放电现象。

通常，电压在1-30 kV之间。

2.距离：内外电极之间的距离也会影响纤维形成。

较大的距离能够产生较长的纤维，但同时也会增加纤维的杂质含量。

3.流量：溶液或熔融聚合物的注入速度也会影响纤维形成。

较大的流量有助于形成较粗的纤维，但也容易造成纤维的堆积。

4.溶剂选择：溶液中溶剂的选择对纤维形态和结构具有重要影响。

静电纺丝设备使用方法静电纺丝设备是一种常用于制备纳米纤维材料的技术装置。

它利用静电场作用在高分子溶液上，使溶液中的高分子聚合物通过电荷的相互作用形成纤维状的结构。

以下是静电纺丝设备的使用方法。

首先，准备好所需的材料和设备。

这些包括高分子溶液，静电纺丝设备，电源，高电压产生器，收集器等。

高分子溶液可根据需要选择不同的溶剂，如聚合物溶液、聚合物混合物或纳米颗粒分散液等材料。

第二步，将高分子溶液倒入静电纺丝设备的溶液容器中。

确保溶液样品的浓度和使用温度符合实验要求。

通常，溶液的浓度越高，纤维的直径越粗。

一般来说，高分子溶液的浓度范围为1-30 wt%。

第三步，将装满高分子溶液的溶液容器放置在静电纺丝设备上。

注意保持设备的稳定性和平衡性，防止设备运行中的倒塌和滑动。

第四步，连接电源和高电压产生器。

将设备的电源插头插入电源插座，然后将高电压产生器的电源线与设备连接。

第五步，调节电压和距离。

根据所使用的高分子溶液和所需纤维的直径，调整高电压产生器的输出电压。

一般来说，较高的电压将产生较细的纤维，而较低的电压将产生较粗的纤维。

此外，还应根据所需纤维的长度和密度，调整设备的距离。

通常情况下，较大的距离将产生较长的纤维，而较小的距离将产生较疏松的纤维。

第六步，在设备的收集器上放置收集器。

收集器可以是平板状或圆筒状，具体选择根据实验需求确定。

确保收集器与静电纺丝设备之间的距离适当，以确保纤维能够顺利地覆盖到收集器上。

第七步，启动静电纺丝设备。

当设备联通电源和高电压产生器时，静电纺丝设备将产生静电场。

高分子溶液中的高分子聚合物受到电荷的作用，在电场的作用下，逐渐形成纤维。

纤维从设备的出口喷出，并覆盖到收集器上形成薄膜或网状结构。

第八步，等待纤维形成。

根据高分子溶液的性质和设备的设置，纤维的形成时间可能会有所不同。

通常情况下，大约数分钟至数小时之间，纤维的形成会逐渐完成。

最后一步，关闭设备并取下收集器。

当纤维形成完全后，关闭设备的电源并断开与高电压产生器的连接。

摘要：研究了环氧树脂的静电纺丝，考察了纺丝电压、溶液浓度及共混溶剂等参数对纤维直径及分布的影响。

研究结果表明：随纺丝电压增大，环氧树脂纤维直径减小，分布区间变窄；随环氧树脂溶液浓度升高，纤维直径增大，在高浓度时，纤维直径会产生分化而形成双峰分布；不同溶剂体系对环氧树脂纤维直径产生影响，在１－甲氧基－２－丙醇（ＭＰ）／丁酮（ＢＴ）体系中，随ＢＴ比例增加，溶液黏度上升，电导率下降，纤维直径增大。

关键词：静电纺丝；环氧树脂；纤维中图分类号：ＴＱ３４２文献标识码：Ａ文章编号：１００１－７０５４（２００８）０３－００１０－０４环氧树脂的静电纺丝许乾慰１，王伟１，李岩１＊，黄争鸣２，王国建１（１．同济大学材料科学与工程学院，上海２０００９２；２．同济大学航空航天学院，上海２０００９２）静电纺丝技术是近年来发展起来的一项用来制备纳米或亚微米纤维的新技术。

采用该技术生产的纤维具有独特的性能，可用于过滤、阻隔和分离膜、生物医用材料、新型的轻质复合材料和服装材料等［１－４］。

目前，国内外已通过静电纺丝制备了多种高聚物纤维，如聚丙烯腈、聚苯乙烯、聚乙烯醇、聚碳酸酯、聚酯、聚乙烯吡咯烷酮等［５］。

在所报道的采用静电纺丝法制备的纤维材料中，所使用的聚合物均为热塑性的聚合物，还没有关于热固性聚合物静电纺丝的详细报道。

环氧树脂是最常见的一种热固性聚合物，其作为基体树脂得到了广泛的应用。

为了通过复合静电纺丝技术［６］制备得到以尼龙为芯层材料、环氧树脂为外层材料的复合纤维，进而利用尼龙熔融温度比环氧树脂高得多的特性，将外层环氧树脂熔融固化（加固化剂）而芯层尼龙保持不变，得到具有尼龙纳米纤维分散相的环氧树脂复合材料。

作为尼龙／环氧树脂复合静电纺丝的基础，本文首先研究了环氧树脂的单独纺丝，详细研究了纺丝电压、溶液浓度及共混溶剂参数对纤维直径的影响，有关尼龙／环氧树脂的复合静电纺丝将做进一步的报道。

１实验方法１．１原料环氧树脂Ｅ－０３：环氧值０．００￣０．０４，上海新华树脂厂产；１－甲氧基－２－丙醇（ＭＰ）：分析纯，上海邦成化工有限公司生产；丁酮（ＢＴ）：分析纯，上海市达瑞精细化学品有限公司生产。

静电纺丝技术制备纳米纤维膜的研究随着科技的不断发展，我们的生活中出现了越来越多的高科技产品。

其中，纳米材料是近年来备受关注的一种材料，因为它具有独特的物理和化学性质，具有广泛的应用前景，尤其是在医学、环保和能源等领域。

纳米纤维膜就是纳米材料的一种，它由纳米级直径的纤维组成，具有较大的比表面积和特殊的物理、化学性质。

本文将重点关注静电纺丝技术制备纳米纤维膜的研究。

一、静电纺丝技术的原理静电纺丝技术是一种通过静电力将聚合物液滴拉成纤维的技术。

该技术的原理是利用高电场或者静电场的作用下，将聚合物液体（或溶胶）通过微型喷嘴高速喷出，然后在飞行过程中被拉伸成纤维。

在空气中，由于液滴表面带有电荷，因此液滴在飞行过程中受到一个静电场的作用，使得表面电荷分布不均，造成了液滴内部的拉伸和电荷的再分布。

这种电荷分布在液滴各处都不同，从而使得液滴逐渐成为了一个不规则的形状，最后拉成了一个纤维。

二、静电纺丝技术制备纳米纤维膜的优势相较于传统的制备材料的方法，静电纺丝技术制备纳米纤维膜有以下的一些优势：1、材料易得：静电纺丝的材料可以是各种聚合物，包括天然聚合物和合成聚合物，为制备不同艺术品提供了很大的便利。

2、适用范围广：静电纺丝技术不仅适用于制备聚合物纳米纤维膜，同时也可用于生命科学和药物分子的制备。

3、控制性能优良：静电纺丝技术可在控制的条件下制备纳米纤维膜，从而使得材料的柔软度、强度、厚度、直径、形状等物理化学性质都可以进行调整。

三、静电纺丝技术制备纳米纤维膜的应用静电纺丝技术制备的纳米纤维膜由于具有独特的物理和化学性质，因此在许多领域都有着广泛的应用前景。

1、医疗领域：静电纺丝技术制备的纳米纤维膜具有较大的比表面积，可以作为支架、修复组织损伤等医学应用方面使用。

2、环保领域：静电纺丝技术制备的纳米纤维膜在气体过滤、液体过滤和水处理等环境资源方面有着广泛的应用。

3、能源领域：静电纺丝技术制备的纳米纤维膜具有高比表面积和通道数量，对于电池、电解质、太阳能电池、传感器等领域都有重要影响。

静电纺丝工艺
一、溶液制备
静电纺丝工艺的第一步是制备纺丝溶液。

这一过程涉及到将聚合物溶解在适当的溶剂中，形成均一的溶液。

为了获得最佳的纺丝效果，需要控制溶液的粘度、浓度以及溶剂的蒸发速率。

通常，聚合物在溶剂中的溶解度越高，溶液的粘度越低，越有利于纺丝。

二、静电纺丝
在制备好纺丝溶液后，通过静电纺丝设备进行纺丝。

静电纺丝过程中，高压电场施加在喷嘴和收集器之间，使得溶液形成细流并射出。

在电场的作用下，细流会逐渐拉伸、细化，最终形成纤维。

这一过程中，可以通过调整电场强度、溶液流量以及喷嘴到收集器的距离等参数来控制纤维的形貌和直径。

三、收集与处理
纺出的纤维会落在收集器上，形成非织造布状的纤维膜。

为了获得实用的纤维材料，通常需要对收集到的纤维进行后处理。

这包括洗涤以去除残留的溶剂和杂质，以及热处理或化学处理以改善纤维的性能。

四、应用与性能测试
静电纺丝工艺制备的纤维材料在许多领域都有广泛的应用，如过滤、增强、生物医学等。

对于不同的应用，纤维材料的性能要求也不同。

因此，需要对制备的纤维材料进行性能测试，以满足实际需求。

常见的性能测试包括纤维直径、形貌、力学性能、热性能、电性能等。

总之，静电纺丝工艺是一种简单、环保的制备纤维材料的方法。

通过合理的工艺参数选择和控制，可以制备出具有优异性能的纤维材料，满足各种应用需求。

静电纺丝（Electrospinning）是一种利用静电力将高分子溶液或熔体拉伸成纤维的纳米级制备技术。

这一过程通常涉及以下几个步骤：
1. 准备溶液：首先，将高分子材料溶解在适当的溶剂中，制备成均匀的溶液。

对于某些高分子，可能需要加热使其溶解。

2. 静电施加：将导电针插入高分子溶液中，并通过高压电源施加静电，使针尖带电。

这通常需要一个高电压发生器和一个接地的收集板。

3. 液滴形成：在静电作用下，溶液中的高分子颗粒会被带电并聚集在针尖附近，逐渐形成一个带电的液滴。

4. 纤维拉伸：当液滴的体积和质量增加到一定程度，静电力足以克服液滴的表面张力时，液滴会从针尖喷射而出，形成纤维。

5. 纤维收集：带电的纤维在空中飞行，逐渐失去溶剂并固化，最后落在接地的收集板上，形成纳米纤维膜。

6. 后处理：收集的纳米纤维膜可能需要经过干燥、热处理或其他化学处理过程，以提高其性能或赋予其特定的功能。

静电纺丝过程中，纤维的直径可以通过调整溶液的性质、施加的电压和收集板与针尖之间的距离等参数来控制。

这种技术可以用来制备具有不同形态和结构的纳米纤维，如无序网络、有序排列或特定图案的纤维。

静电纺丝在纳米材料科学、生物医学工程、纺织品制造等领域有着广泛的应用前景。