功能性纖維的靜電納米紡絲技術(shù)_一_.pdf

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1、2012年第1期產(chǎn)業(yè)用紡織品綜述*功能性纖維的靜電納米紡絲技術(shù)(一)11123陳文杰辛斌杰吳湘濟(jì)汪曉峰杜衛(wèi)平(1．上海工程技術(shù)大學(xué)服裝學(xué)院，上海，201620;2．上海特氨綸纖維有限公司，上海，201419;3．上海紡織控股集團(tuán)公司，上海，200336)摘要:靜電紡絲是目前制備納米級(jí)纖維的一種新技術(shù)，已成為納米技術(shù)研究領(lǐng)域的一個(gè)新熱點(diǎn)。簡(jiǎn)述了靜電紡絲技術(shù)制備納米纖維的基本原理，闡述了各國(guó)研究者近年來按不同噴頭類型和接收形式設(shè)計(jì)的靜電紡絲裝置。隨著納米技術(shù)的不斷發(fā)展，靜電紡納米纖維應(yīng)用越趨廣泛，重點(diǎn)介紹了目前靜電紡纖維在生物和醫(yī)學(xué)、過濾、紡織品、傳感器、自清潔

2、和催化載體、能源與光磁等領(lǐng)域的應(yīng)用狀況。關(guān)鍵詞:靜電紡絲技術(shù)，納米纖維，功能性纖維，應(yīng)用+中圖分類號(hào):TQ340．649;TS102．649文獻(xiàn)標(biāo)志碼:A文章編號(hào):1004－7093(2012)01－0001－05科學(xué)技術(shù)的迅猛發(fā)展對(duì)材料性能的要求越來三是靜電紡絲有較好的工藝可控性和纖維尺度可越高，納米纖維材料以其獨(dú)特的性能日益成為人們控性，且具有很好的可重復(fù)性和可操作性。這使得關(guān)注的焦點(diǎn)，如:美國(guó)專門設(shè)立了國(guó)家納米技術(shù)開靜電紡絲技術(shù)越來越受關(guān)注，具有很廣闊的應(yīng)用前創(chuàng)機(jī)構(gòu)，以國(guó)立科技財(cái)團(tuán)(NSF)、國(guó)立纖維研究所景。本文對(duì)靜電紡絲基本原理、靜電紡絲裝置和靜(

3、NTC)、美國(guó)陸軍為中心，投以巨資資助這些集團(tuán)電紡納米纖維的應(yīng)用進(jìn)行系統(tǒng)的闡述。開發(fā)納米纖維及技術(shù);日本將納米技術(shù)和生物技術(shù)、IT作為新產(chǎn)業(yè)技術(shù)的三大支柱，進(jìn)行產(chǎn)、官、學(xué)1靜電紡絲原理合作的研究開發(fā)。制備納米纖維的方法有多種，如相分離法、自靜電紡絲裝置基本結(jié)構(gòu)示于圖1。將從高壓組裝法、拉伸法和模板合成法等。拉伸法的工藝可靜電發(fā)生器的正極導(dǎo)出的陽極插入儲(chǔ)液管的溶液控性和纖維尺度可控性較差，且對(duì)溶液黏度要求苛中，另一極作為負(fù)極接地且連接接收裝置，形成了刻;模板合成法的工藝可控性差，不能制備根根分離的連續(xù)纖維。相對(duì)于其他納米紡絲方法，靜電紡絲法主要有三方面的優(yōu)點(diǎn):

4、一是利用靜電紡絲可使納米纖維按二維擴(kuò)張的形式直接制成非織造布，無需后加工，方便易行，流程簡(jiǎn)短，可降低成本;二是對(duì)紡絲溫度要求不苛刻，在室溫下即可進(jìn)行紡絲;上海高校選拔培養(yǎng)優(yōu)秀青年教師科研專項(xiàng)基金項(xiàng)目(gjd10013);上海工程技術(shù)大學(xué)?；痦?xiàng)目(校啟2010－06);上海紡織控股(集團(tuán))公司技術(shù)創(chuàng)新項(xiàng)目(2011－zx－03－2);上海工程技術(shù)大學(xué)研究生科研創(chuàng)新項(xiàng)目(2011yjs42)收稿日期:2011－10－11作者簡(jiǎn)介:陳文杰，女，1987年生，在讀碩士研究生。研究方向是功能性纖維的納米紡絲技術(shù)。通信作者:辛斌杰，E-mail:xinbj@sues．

5、edu．cn圖1靜電紡絲裝置示意—1—綜述產(chǎn)業(yè)用紡織品總第256期高壓電源系統(tǒng)。當(dāng)未加電壓時(shí)，溶液在重力、黏附了改進(jìn)(圖2)，在噴絲頭外部加了一個(gè)圓柱形電極力和表面張力的綜合作用下，形成液滴，懸掛在滴以改進(jìn)電場(chǎng)，使電場(chǎng)穩(wěn)定，取得了不錯(cuò)的效果。管口。當(dāng)電場(chǎng)開啟時(shí)，溶液受到電場(chǎng)力的作用，表面集聚大量靜電荷。當(dāng)外加電壓產(chǎn)生的電場(chǎng)力小于溶液表面張力時(shí)，電場(chǎng)力不足以將溶液中的帶電部分從溶液中噴出;當(dāng)繼續(xù)加大電壓，儲(chǔ)液管管口的液滴被逐漸拉長(zhǎng)變?yōu)殄F形(泰勒錐)，超過某一臨界值時(shí)，溶液中帶電部分將克服表面張力從溶液中噴出，在儲(chǔ)液管出口頂端形成噴射細(xì)流，同時(shí)溶劑揮發(fā)，細(xì)流固化

6、，無序地排列在接收裝置上，最終形成類似非織造布的纖維氈(網(wǎng)或膜)。圖2圓柱形電極示意2．3同軸噴射紡絲裝置2靜電紡絲裝置同軸噴射紡絲裝置(圖3)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是將兩個(gè)直徑不同的注射器套在一起，紡絲時(shí)將兩種不同靜電紡絲裝置包括四個(gè)部分:高壓電源、儲(chǔ)液液體分別注入到兩個(gè)注射器中，通過一個(gè)電極來控裝置、噴絲裝置和接收裝置。按照噴頭類型不同靜制電場(chǎng)，同時(shí)采用一個(gè)氣泵來控制液體的流速，通電紡絲裝置分為單頭紡絲、多頭紡絲、同軸噴射紡過對(duì)兩者的調(diào)節(jié)即可得到同軸納米纖維。絲和掃描探針紡絲四種紡絲方法;按照接收裝置不同，分為旋轉(zhuǎn)式收集裝置、外場(chǎng)式接收裝置、平行板電極收集裝置、框架

7、式收集裝置、水浴收集裝置、相反電極點(diǎn)對(duì)點(diǎn)紡絲、復(fù)合式收集裝置和雙平行金屬環(huán)收集裝置。2．1單頭溶液紡絲裝置標(biāo)準(zhǔn)單頭紡絲裝置的噴絲頭是一注射器，用其承載紡絲液體，并在其末端連接一個(gè)計(jì)量泵，有助于調(diào)控液體流量。該種紡絲裝置主要有兩大優(yōu)點(diǎn):一是對(duì)紡絲液體的流出量可隨意控制，保證其在某一數(shù)值，可為理論研究紡絲過程提供一個(gè)具體的液體流動(dòng)速度值;二是噴絲頭既可以水平放置，也可以垂直放置，方便紡絲的進(jìn)行又不對(duì)紡絲過程造成圖3同軸靜電紡絲示意影響。此種裝置存在一定的缺點(diǎn)，即規(guī)模小，產(chǎn)量低。該裝置最大的優(yōu)點(diǎn)是可以均勻穩(wěn)定、連續(xù)不斷2．2多頭溶液紡絲裝置地進(jìn)行紡絲。但也有一定的

8、缺點(diǎn)，當(dāng)絲束噴出后溶美國(guó)的科研人員申請(qǐng)了多項(xiàng)多噴頭式