静电纺丝技术及其研究进展 杨恩龙.doc

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1、静电纺丝技术及其研究进展_杨恩龙??2007年第8期????????????????????????产业用纺织品？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？综i术静电纺丝技术及其研究进展杨恩龙??王善元??李??妮??赵丛涛????（东华大学纺织学院，上海,201620）*摘??要:静电纺丝是目前唯…能够肖•接、连续制备聚合物纳米纤维的方法。概述了静电纺丝技术及其发展丿力程，静电纺丝射流的稳态和非稳态的研究成果。介绍了静电纺丝机、静电纺丝技术的新进展及静电纺纳米纤维膜的应用。最后指出静电纺丝的研究方向。关键词:静电纺丝，纳米纤维，进展屮图分类号T

2、Q340.6;TS176????文献标识码:A????文章编号:1004-7093（2007）08-0007-05????近几年来，由于纳米材料研究的迅速升温，激起了人们对静电纺丝（又称电纺）进行深入研究的浓厚兴趣。和拉伸、相分离等方法相比,静电纺丝已成为制取纳米纤维最重要、最有效的方法。静电纺纳米纤维的发展历程见表lo年??份1934??1966??1981??1995??1999??2000??????2003??????2004^2006????????*国家自然科学基金资助项冃(10602014)收稿日期:2006-10-26作者简介:杨恩龙，男J980年生，在

3、读博上研究生。主要从事静电纺纳米纤维的研究工作。表1??静电纺丝的发展丿刃程发??展??历??程Formhals申请了制备聚合物超细纤维的静电纺丝装置专利[1]Simons屮请了由静电纺丝法制备超薄、超细非织造膜的专利[2]Larrondo等对聚乙烯和聚丙烯进行了熔融静电纺丝的研究⑶Reneker研究组开始对静电纺丝进行研究。静电纺丝迅速发展[4]Fong等对静电纺丝纳米纤维串珠现象及微观结构作了研究[5-6]Spivak等首次采用流体动力学描述静电纺丝过程，并且提出了静电纺丝的工艺参数。Reneker等研究了静电纺丝过程的不稳定性[7~8]全面系统地研究静电纺丝超细纤

4、维微观形貌的影响因素、表征、过程参数的改进，以及静电纺丝制取纳米纤维后通过锻烧制备无机氧化物超细纤维等开发静电纺纳米纤维的原料。多组分聚合物的静电纺丝。静电纺丝和其他方法结合开发新型纳米纤维。捷克利贝雷茨技术大学与爱勒马可(ELMARCO)公司合作生产的纳米纤维纺丝机??纳米蜘蛛??问世2??静电纺丝技术1.1??静电纺丝的基本原理使聚合物溶液或熔体带上高压静电，当电场力足够大时，聚合物液滴可克服表面张力形成喷射细流。带电的聚合物射流拉伸细化，同时弯曲、劈裂,溶剂蒸发或固化，沉积于基布上形成纳米纤维膜ol.2??静电纺丝的影响因素静电纺丝的影响因素列于表2o1.3??静

5、电纺丝的优缺点静电纺丝法简单、易操作。但是有如下缺点:第一，静电纺丝难以得到彼此分离的纳米纤维长丝或短纤维;第二，目前静电纺丝机的产量很低;第三,静电纺纳米纤维的强度较低。2??静电纺丝机2.1??喷丝头与收集板垂直排布的静电纺丝机喷丝头与收集板垂直排布（立式）的静电纺丝••[9]机，主要用于静电纺丝的基础研究。2.2??喷丝头与收集板水平排布的静电纺丝机喷丝头与收集板水平排布的静电纺丝机（卧综述？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？产业用纺织品????????????????????????????总第203期?？表2??静电纺丝的影响因

6、素纺丝液性质聚合物分子量纺丝液粘度纺丝液浓度纺丝液电导率纺丝液弹性纺丝液表面张力纺丝工艺参数施加电压针头到收集板的距离纺丝液流量环境参数温度湿度纺丝室气流速度3.2??射流不稳定部分静电纺丝屮会出现三种不稳定性状况,第一种是粘性（Rayleigh）不稳定性，第二种是曲张不稳定性，第三种是弯曲不稳定性。后两个不稳定性状况完全是射流的表面电荷在电场的作用下引起的，而且可能随纺丝射流的伸展而放大。Yu[15]研究了Rayleigh不稳定性对射流的影响。定义Deborahnumber（=溶液松弛吋间/射流不稳定产生时间）來描述Rayleigh不稳定性。Deborahnumber

7、大‘Rayleigh不稳定性受到抑制谢流不会分裂成液滴,射流在静电场中形成静电纺丝而不是静电喷涂。Yu还导出了Rayleigh不稳定性完全抑制时的射流弹性应力的临界值。高压静电场下高聚物溶液喷射流的不稳定的主要原因为:??高压静电场下射流表面电荷的相互排斥;??分裂液滴间或更细射流间的相互排斥;?？射流与环境流体的混合流动。式）的主件与喷丝头收集板垂直排布的静电纺丝机相同,只是方向不同而己。2.3??取向排列纳米纤维静电纺丝机收集取向排列纳米纤维的方法有高速旋转的收集筒、辅助电极/电场、铁饼型收集轮、收集框等。Pan[10]用双喷丝头静电