功能性纤维的静电纳米纺丝技术_一_.pdf

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1、2012年第1期产业用纺织品综述*功能性纤维的静电纳米纺丝技术(一)11123陈文杰辛斌杰吴湘济汪晓峰杜卫平(1．上海工程技术大学服装学院，上海，201620;2．上海特氨纶纤维有限公司，上海，201419;3．上海纺织控股集团公司，上海，200336)摘要:静电纺丝是目前制备纳米级纤维的一种新技术，已成为纳米技术研究领域的一个新热点。简述了静电纺丝技术制备纳米纤维的基本原理，阐述了各国研究者近年来按不同喷头类型和接收形式设计的静电纺丝装置。随着纳米技术的不断发展，静电纺纳米纤维应用越趋广泛，重点介绍了目前静电纺纤维在生物和医学、过滤、纺织品、传感器、自清洁

2、和催化载体、能源与光磁等领域的应用状况。关键词:静电纺丝技术，纳米纤维，功能性纤维，应用+中图分类号:TQ340．649;TS102．649文献标志码:A文章编号:1004－7093(2012)01－0001－05科学技术的迅猛发展对材料性能的要求越来三是静电纺丝有较好的工艺可控性和纤维尺度可越高，纳米纤维材料以其独特的性能日益成为人们控性，且具有很好的可重复性和可操作性。这使得关注的焦点，如:美国专门设立了国家纳米技术开静电纺丝技术越来越受关注，具有很广阔的应用前创机构，以国立科技财团(NSF)、国立纤维研究所景。本文对静电纺丝基本原理、静电纺丝装置和静(

3、NTC)、美国陆军为中心，投以巨资资助这些集团电纺纳米纤维的应用进行系统的阐述。开发纳米纤维及技术;日本将纳米技术和生物技术、IT作为新产业技术的三大支柱，进行产、官、学1静电纺丝原理合作的研究开发。制备纳米纤维的方法有多种，如相分离法、自静电纺丝装置基本结构示于图1。将从高压组装法、拉伸法和模板合成法等。拉伸法的工艺可静电发生器的正极导出的阳极插入储液管的溶液控性和纤维尺度可控性较差，且对溶液黏度要求苛中，另一极作为负极接地且连接接收装置，形成了刻;模板合成法的工艺可控性差，不能制备根根分离的连续纤维。相对于其他纳米纺丝方法，静电纺丝法主要有三方面的优点:

4、一是利用静电纺丝可使纳米纤维按二维扩张的形式直接制成非织造布，无需后加工，方便易行，流程简短，可降低成本;二是对纺丝温度要求不苛刻，在室温下即可进行纺丝;上海高校选拔培养优秀青年教师科研专项基金项目(gjd10013);上海工程技术大学校基金项目(校启2010－06);上海纺织控股(集团)公司技术创新项目(2011－zx－03－2);上海工程技术大学研究生科研创新项目(2011yjs42)收稿日期:2011－10－11作者简介:陈文杰，女，1987年生，在读硕士研究生。研究方向是功能性纤维的纳米纺丝技术。通信作者:辛斌杰，E-mail:xinbj@sues．

5、edu．cn图1静电纺丝装置示意—1—综述产业用纺织品总第256期高压电源系统。当未加电压时，溶液在重力、黏附了改进(图2)，在喷丝头外部加了一个圆柱形电极力和表面张力的综合作用下，形成液滴，悬挂在滴以改进电场，使电场稳定，取得了不错的效果。管口。当电场开启时，溶液受到电场力的作用，表面集聚大量静电荷。当外加电压产生的电场力小于溶液表面张力时，电场力不足以将溶液中的带电部分从溶液中喷出;当继续加大电压，储液管管口的液滴被逐渐拉长变为锥形(泰勒锥)，超过某一临界值时，溶液中带电部分将克服表面张力从溶液中喷出，在储液管出口顶端形成喷射细流，同时溶剂挥发，细流固化

6、，无序地排列在接收装置上，最终形成类似非织造布的纤维毡(网或膜)。图2圆柱形电极示意2．3同轴喷射纺丝装置2静电纺丝装置同轴喷射纺丝装置(图3)的结构特点是将两个直径不同的注射器套在一起，纺丝时将两种不同静电纺丝装置包括四个部分:高压电源、储液液体分别注入到两个注射器中，通过一个电极来控装置、喷丝装置和接收装置。按照喷头类型不同静制电场，同时采用一个气泵来控制液体的流速，通电纺丝装置分为单头纺丝、多头纺丝、同轴喷射纺过对两者的调节即可得到同轴纳米纤维。丝和扫描探针纺丝四种纺丝方法;按照接收装置不同，分为旋转式收集装置、外场式接收装置、平行板电极收集装置、框架

7、式收集装置、水浴收集装置、相反电极点对点纺丝、复合式收集装置和双平行金属环收集装置。2．1单头溶液纺丝装置标准单头纺丝装置的喷丝头是一注射器，用其承载纺丝液体，并在其末端连接一个计量泵，有助于调控液体流量。该种纺丝装置主要有两大优点:一是对纺丝液体的流出量可随意控制，保证其在某一数值，可为理论研究纺丝过程提供一个具体的液体流动速度值;二是喷丝头既可以水平放置，也可以垂直放置，方便纺丝的进行又不对纺丝过程造成图3同轴静电纺丝示意影响。此种装置存在一定的缺点，即规模小，产量低。该装置最大的优点是可以均匀稳定、连续不断2．2多头溶液纺丝装置地进行纺丝。但也有一定的

8、缺点，当丝束喷出后溶美国的科研人员申请了多项多喷头式