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1、靜電紡絲技術的工藝原理及應用靜電紡絲技術是目前制備納米纖維最重要的基本方法。這一技術的核心是使帶電荷流體在靜電場中流動與變形，最終得到纖維狀物質(zhì)，從而為高分子成為納米功能材料提供了一種新的加工方法。由于納米纖維具有許多特性，例如纖維纖度細、比表面積大、孔隙率高，因而具有廣泛的應用。1、靜電紡技術靜電紡是一項簡單方便、廉價而且對環(huán)境無污染的紡絲技術。早在20世紀30年代，F(xiàn)ormalsA就已經(jīng)在其專利中報道了利用高壓靜電紡絲，但是直到近些年，由于對納米科技研究的迅速升溫，激起了人們對這種可制備納米尺寸纖維的紡絲技術進行深入研究的濃厚興趣。1.
2、1靜電紡技術的基本原理靜電紡絲技術(Electrospinningfibertechnique)是使帶電的高分子溶液(或熔體)在靜電場中流動變形，經(jīng)溶劑蒸發(fā)或熔體冷卻而固化，從而得到纖維狀物質(zhì)的一種方法。對聚合物纖維電紡過程的圖式說明見圖1。靜電紡絲機的基本組成主要有3個部分：靜電高壓電源、液體供給裝置、纖維收集裝置。靜電高壓電源根據(jù)電流變換方式可以分成DC／DC和AC／DC兩種類型，實驗中多用IX；／DC電源。液體供給裝置是一端帶有毛細管的容器(如注射器)，其中盛有高分子溶液或熔體，將一金屬線的一端伸進容器中，使液體與高壓電發(fā)生器的正極相
3、連。纖維收集裝置是在毛細管相對端設置的技術收集板，可以是金屬類平面(如錫紙)或者是旋轉(zhuǎn)的滾輪等。收集板用導線接地，作為負極，并與高壓電源負極相連。另外隨著對實驗要求的提高，液體流量控制系統(tǒng)也被漸漸的采用，這樣可以將液體的流速控制得更準確。電場的大小與毛細管口聚合物溶液的表面張力有關。由于電場的作用，聚合物溶液表面會產(chǎn)生電荷。電荷相互排斥和相反電荷電極對表面電荷的壓縮，均會直接產(chǎn)生一種與表面張力相反的力。當電場強度增加時，毛細管口的流體半球表面會被拉成錐形，稱為Taylor錐。進一步增加電場強度，是用來克服表面張力的靜電排斥力到達一個臨界值，
4、此時帶電射流從Taylor錐尖噴射出來。帶電后的聚合物射流經(jīng)過不穩(wěn)定拉伸過程，變得很細很長。同時溶劑揮發(fā)，得到帶電的聚合物纖維。1.2靜電紡制備納米纖維的裝置目前尚無用于實驗的定型的靜電紡絲機生產(chǎn)和出售，各研究單位均按照其主要的基本構件(高壓靜電發(fā)生器、進樣器、收集器3部分)，根據(jù)各自的條件自行安裝。LarrondoL和Manley設計出用于熔體的靜電紡絲機，如圖2。其中的主要部件分別為：1不銹鋼圓筒；2不銹鋼壁；3傳熱夾套；4加熱管；5保溫層；6熱電偶；7不銹鋼圓筒下口；8不銹鋼毛細管；9毛細孔；10石棉板；1l活塞；12液壓泵；13金屬
5、壓板；14噴絲孔；大量的研究丁作集中在干法溶液紡絲的靜電紡絲工藝，典型的靜電紡絲裝置有水平式和垂直式，這兩種靜電紡絲機除收集的位置不同外，其他的結構組成基本一樣。1.3靜電紡絲的影響因素靜電紡絲工藝中，影響聚合物纖維特性的工藝變量主要為聚合物流體特性和紡絲工藝參數(shù)兩個方面。聚合物流體特性主要是聚合物的相對分子質(zhì)量、相對分子質(zhì)量分布、鏈段結構和聚合物流體(溶液或熔融體)的粘性、電導率、表面張力等特性參數(shù)。紡絲工藝參數(shù)主要包括靜電場強度、毛細管噴絲頭與接收板間的距離、聚合物流體的流速、接收板的運動形式及紡絲環(huán)境溫度和濕度等工藝參數(shù)。(a)聚合物
6、溶液濃度。聚合物溶液濃度越高，粘度越大，表面張力越大，而離開噴嘴后液滴分裂能力隨表面張力增大而減弱。通常在其它條件恒定時，隨著濃度增加，纖維直徑增大。(b)靜電紡絲流體的流動速率。當噴絲頭孔徑固定時，射流平均速度顯然與纖維直徑成正比。(c)電場強度。隨電場強度增大，高分子靜電紡絲液的射流有更大的表面電荷密度，因而有更大的靜電斥力。同時，更高的電場強度使射流獲得更大的加速度。這兩個因素均能引起射流及形成的纖維有更大的拉伸應力，導致有更高的拉伸應變速率，有利于制得更細的纖維。(d)毛細管口與收集器之間的距離。聚合物液滴經(jīng)毛細管口噴出后，在空氣中
7、伴隨著溶劑揮發(fā)，聚合物濃縮固化成纖維，最后被接收器接收。隨兩者間距離增大，直徑變小。(e)收集器的狀態(tài)不同，制成的納米纖維的狀態(tài)也不同。當使用同定收集器時，納米纖維呈現(xiàn)隨機不規(guī)則情形；當使用旋轉(zhuǎn)盤收集器時，納米纖維呈現(xiàn)平行規(guī)則排列。因此，不同設備條件所生成的纖維網(wǎng)膜不同。2、納米纖維納米纖維主要包括兩個概念：一是嚴格意義上的納米纖維，是指纖維直徑小于100nm的超微細纖維。另一概念是將納米微粒填充到纖維中，對纖維進行改性，也就是我們通常意義上的納米纖維。采用性能不同的納米微粒，可開發(fā)抗菌、阻燃、防紫外、遠紅外、抗靜電、電磁屏蔽等各種功能性纖
8、維，這一領域是目前國內(nèi)開發(fā)的熱點。通過靜電紡制備的納米纖維屬于前者。2.1國內(nèi)外靜電紡絲制備納米纖維的研究現(xiàn)狀當前，靜電紡絲已經(jīng)成為納米纖維的主要制備方法之一。對靜電紡絲的研究較
