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第卷第期合成纤维工业
年月川

静电纺丝制备纳米纤维的进展及应用

邹科龙云泽吴佑实’

山东大学材料科学与工程学院,山东济南砚巧

摘要简述了静电纺丝的制备原理和影响静电纺丝纤维成形的主要工艺因素介绍了静电纺丝法制备高
分子聚合物、生物大分子、无机物纳米纤维的最新进展,以及这些纳米纤维在过滤、传感器、超疏水性材料、生
物医用功能材料、纳米模板等领域的应用指出静电纺丝制备纳米连续长丝技术巫待发展。
关键词静电纺丝纳米纤维技术进展应用
中图分类号二文献识别码文章编号卜一一

纳米材料包括纳米纤维、纳米球、纳米管等具电后的聚合物经过不稳定拉伸会变细变长。同时
有大的比表面积,特殊的光学、电学、磁学及催化溶剂挥发,得到带电的聚合物纤维。
性能,已受到人们的广泛关注,其中纳米纤维材料
是研究热点之一川。目前制备纳米纤维的主要静电纺丝的影响因素
方法有拉伸法、模板法、自组装法和静电纺丝法。影响静电纺丝纤维成形的因素主要包含个
拉伸法能制得单根纳米纤维长丝,但只有粘弹性方面纺丝液的性质,包括纺丝液的分子质

、、、、、、
材料才可能拉伸成纳米纤维。模板法是用纳米多量浓度粘度电导率表面张力比热相变热
孔膜作为模板,制备纳米纤维或中空纳米纤维,但等纺丝条件,包括电场强度、纺丝速度、喷丝
不能制备连续的纳米纤维,产量太小。自组装法头与收集板之间的收集距离、纺丝温度、毛细孔直

、。
是利用分子间的相互作用力,将已有的组分自发径等环境参数,包括温度环境气流速度等

,
地组装成具有某种形貌或功能的纳米材料,但可在研究不同聚合物溶液的可纺性时川发现
控性较差。静电纺丝法是目前唯一能够直接、连聚合物溶液粘度对可纺性有很大的影响,对于聚
续制备聚合物纳米纤维的方法。氧乙烯的乙醇水溶液而言,可纺粘度为
一·。粘度过高,产生的射流不稳定
静电纺丝的基本原理性,粘度过低,则只能形成液体微滴。不同的聚合
静电纺丝装置主要由以下部分组成高压物溶液可能具有不同的可纺粘度范围。

、
电源带吸液管的毛细管或直径很小的针头和金同电纺有关的最重要的参数是纤维的直径。
属收集屏。’曾经指出纤维直径随溶液浓度成指数增
高压电源的正极与聚合物溶液相连,负极与加。〔〕进一步发现纤维直径与聚合物溶液

。
收集屏相连,在通常情况下,收集屏可以接地在的立方成正比,并且在聚亚胺酪的静电纺丝中观

,
纺丝过程中高电压使被挤出毛细管的聚合物溶察到℃得到纤维的直径比室温得到的均匀,可

,。
液或熔体带电并产生射流射流中的溶剂在射是机理还不甚了解。

,
流过程中挥发或固化所收集到的是无纺布形式静电纺丝中遇到的另一个问题是纤维的缺
。
的微细纤维网侧在毛细管顶端的液滴成为凸陷,如珠粒或空隙。发现聚合物浓度越高,
形的半球状,当在液滴表面上施加某一电位时,在珠粒越少。叫指出,降低溶液的表面张

,。
电场作用下聚合物溶液表面会产生电荷电场力,可以得到无珠粒的纤维。表面张力的大小主

,
相互排斥和相反电荷电极对表面电荷的压缩均要与溶剂组分有关,与溶液的浓度也有一定的联
会直接产生一种与表面张力相反的力。当电
收稿日期仪一一修改稿收到日期一一。
,
场强度增加到临界值时半球状液滴会转变为锥作者简介邹科一,男,博士研究生。研究方向为纳
,。
形这一带电的锥体称为锥进一步增加米材料。
电场强度,带电射流会从锥尖喷射出来,放通讯联系人。
第期邹科等静电纺丝制备纳米纤维的进展及应用

系,在一定的浓度范围内,随着溶液浓度的升高,溶液与接触屏之间加高压,前驱体溶液在电场力

。
表面张力会明显降低〕在电纺可生物降解作用下,拉成直径一的纤维落到接收
聚合物聚一乳酸时发现在纺丝原液中加屏上,在此过程中,溶剂挥发,得到复合纤维无纺
入的盐时,纤维没有珠粒。盐的加人,在电纺布,将得到的复合纤维经℃高温缎烧得到分

。,
过程中的溶液射流表面电荷密度越高,导致射流布均匀的氧化错纳米纤维此外‘”用
上有更多的电荷,当电荷增加时,拉伸力增大,得聚醋酸乙烯醋做模板,制备了盯纳米纤维。

一
到的纤维珠粒较小,纤维直径较细。五’用做模板,制备出疏松

、
衬〕等通过制备不同的聚丙多孔的纳米纤维。”〕以

、、
烯酸聚乙烯醇聚氨醋、聚己为模板合成了和纤维。
内醋溶液进行电纺丝,测量了电流、聚合物
流量及表面电荷密度等不同过程参数及剪切粘静电纺丝纳米纤维的应用

、、、。
度表面张力松弛时间导电性和介电常数过滤材料
用静电纺丝法制备的纳米纤维,其过滤效率
静电纺丝的纤维种类较常规过滤材料大大提高,如同样质量的超微细
高分子聚合物纤维纤维过滤毡与常规纤维过滤毡相比,其过滤效率
目前静电纺丝法已经用于上百种不同的高分能提高,国内外现有的过滤材料只能净化
子,既包括采用常规合成纤维,如用聚对苯二甲酸协以上的颗粒,而直径小于林特