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1、靜電紡絲方法在超細腈綸開發(fā)中的應用葛雅婕（大慶石化公司腈綸廠163714）摘要：概述了靜電紡絲技術的發(fā)展、工作原理及主要影響因素。介紹了用靜電紡絲方法生產聚丙烯腈超細纖維的實驗方法及影響因素。同時也介紹新型靜電紡絲技術和設備，希望能用于靜電紡絲方法生產聚丙烯腈超細纖維的開發(fā)過程。關鍵詞：靜電紡絲超細纖維聚丙烯腈噴嘴電極濃度電壓1靜電紡絲技術發(fā)展1934年美國人Formalasll申請了專利，發(fā)明了用靜電力制備聚合物纖維的實驗裝置。1971用聚丙烯酸酯聚合物溶液在靜電場中成功地試紡出絲束，制得直徑為0.05～1.1μm的丙烯酸纖維。1981年在沒有機械力的作用下，
2、將聚乙烯和聚丙烯熔體電紡成連續(xù)纖維。1994年，“電紡”代替“靜電紡絲”，成為專業(yè)術語和一個獨立的學術領域，開始了它在納米技術及與此相關的生物工程等領域的研究和發(fā)展。在我國，大約從2002年左右開始，清華大學、東南大學、東華大學、吉林大學、天津大學、蘇州大學和中科院長春應化所、北京中科院化學所等各大高校及科研院所，也陸續(xù)開始了對這項技術的研究和探索[1]。近年來，關于電紡過程和表征電紡納米纖維方面的研究進展較快，納米纖維的形態(tài)范圍從高度取向態(tài)結晶納米纖維，擴展到具有很高比表面積的多孔的納米纖維。目前，美國和韓國在靜電紡絲法制納米纖維的研究及應用上處于領先地位，未
3、來靜電紡絲的趨勢是不用溶劑，從熔融狀態(tài)直接紡絲[2]。2靜電紡絲原理及其影響因素2.1靜電紡絲原理靜電紡絲方法是一種利用靜電力生產聚合物細絲的裝置，其主要原理是利用高壓靜電場激發(fā)聚合物的帶電射流，使射流固化得到聚合物的超細或納米纖維，平均直徑范圍一般在幾微米至幾十納米之間。由于該技術紡成的纖維具有直徑超小、比表面積巨大等優(yōu)勢，使其應用前景文泛。目前電紡絲技術雖然有了很大的發(fā)展，但其基本原理不變。最基本的電紡絲裝置包括：直流高壓源、貯液裝置、噴絲頭和收集裝置。直流高壓源提供產生聚合物射流的高壓電場，電場的兩極分別連接噴絲頭和收集裝置，貯存在貯液裝置中的聚合物溶液從
4、噴絲頭中流出形成液滴，液滴在電場中表面積聚電荷，受靜電力拉伸而形成錐形結構，也稱為泰勒錐。一旦靜電力突破表面張力，射流就會從泰勒錐的尖端被激發(fā)出來，在空氣中急速振蕩和甩動，不斷拉伸細化，同時溶劑揮發(fā)，射流固化，最終沉降在收集裝置上得到超細纖維。一般采用聚合物溶液加工纖維，但也有用聚合物的熔融體的嘗試，它需要一個真空環(huán)境使得熔融體固化形成纖維。電紡絲涉及電流體力學知識，在加工過程中，影響納米纖維形成的因素很多，一般包括：溶液性質如黏度、彈性、導電性及表面張力；控制變量如毛細管中的流體靜壓、毛細管尖端的靜電壓、問距(從尖端到收集屏的距離)；環(huán)境參數，如溶液溫度、濕度
5、、電紡絲操作室中的空氣流速等。研究發(fā)現，用靜電紡絲方法生產的超細纖維的纖維直徑與聚合物的特性黏度和溶液濃度之間的關系是纖維直徑D與聚合物的特性黏度η和溶液濃度C之積的B次乘冪，即：D=A(ηC)B[2]，式中：A和B為常數。還有研究認為：只要不涉及到分裂，則溶液粘度是影響納米纖維直徑的最重要因素之一。粘度越高，纖維直徑越大，纖維直徑隨溶液濃度成指數增加。進一步發(fā)現纖維直徑與聚合物溶液濃度的立方成正比。另外，對纖維直徑有明顯影響的參數是所施加的電壓。所施電壓越高，射流中射出的流體越多，纖維直徑越大。2.2靜電紡絲效果的影響因素影響靜電紡絲效果的因素有聚合物的分子量
6、、聚合物的結構、聚合物溶液的濃度、溶劑溶液的表面張力和導電性、靜電紡絲裝置及環(huán)境情況。重均分子質量在10萬以上，適合制成超細或納米纖維，聚合物的分子量低時，因為不利于聚合物分子之間在溶液中的絡合；結晶性聚合物適用靜電紡絲法紡制纖維，因為結晶性聚合物分子鏈剛直，容易取向，而且纖維無需后拉伸；聚合物溶液的質量百分濃度為5％～10％適于靜電紡絲，聚合物溶液濃度過低時，噴出霧狀，形成粒子，相反，濃度過高，難以從噴嘴噴出；溶劑必須能完全溶解聚合物，溶脹及凝膠的靜電紡絲困難，溶劑的蒸發(fā)速度是重要因素?，F常用混合溶劑的方法解決單一溶劑蒸發(fā)速度過快或過慢的弱點；用水作為溶劑時，
7、比有機溶劑表面張力大，因而有時不能制得納米纖維，但要混和少量的表面活性劑來加以解決；溶液的導電性直接影響纖維直徑，有報道稱聚合物中溶液混合少量的氯化鋰，可以提高溶液的導電性，有利于制成納米纖維；此外，靜電紡絲裝置，最初發(fā)明的銅板等接收表面靜電紡聚合物溶液，可制得納米纖維的非織造布，但難以制得均勻的非織造布?，F在已開發(fā)出卷繞型裝置，可制成均勻的納米纖維，非織造布注射器可沿滾筒表面移動。滾筒的轉速由低速到高速可自由調節(jié)，因而可拉伸納米纖維，用定量泵、柱塞型注射器泵代替注射器，可使溶液定量擠出，確保纖維纖度均勻。3用靜電紡絲方法生產聚丙烯腈超細纖維可以用靜電紡絲法制成
8、纖維的聚合物，已知的有：
