靜電紡絲

1原理

靜電紡絲是一種特殊的纖維制造工藝，聚合物溶液或熔體在強(qiáng)電場(chǎng)中進(jìn)行噴射紡絲。在電場(chǎng)作用下，針頭處的液滴會(huì)由球形變?yōu)閳A錐形（即“泰勒錐”），并從圓錐**延展得到纖維細(xì)絲。這種方式可以生產(chǎn)出納米級(jí)直徑的聚合物細(xì)絲。

2靜電紡絲影響因素

1，聚合物的分子量，分子量分布和分子結(jié)構(gòu)（分支，線性等）

2，溶液性質(zhì)（濃度，粘度，電導(dǎo)率，表面張力，液體流量等）

3，電動(dòng)勢(shì)大小

4，毛細(xì)管和收集屏幕之間的距離

5，環(huán)境參數(shù)（溫度，濕度和室內(nèi)空氣流速）

6，收集裝置的運(yùn)動(dòng)規(guī)律

7，噴絲口針頭形狀

3靜電紡絲技術(shù)的發(fā)展

靜電紡絲技術(shù)的起源

“靜電紡絲”一詞來(lái)源于“electrospinning”或更早一些的“electrostatic spinning”，國(guó)內(nèi)一般簡(jiǎn)稱為“靜電紡”、“電紡”等。1934年，F(xiàn)ormalas發(fā)明了用靜電力制備聚合物纖維的實(shí)驗(yàn)裝置并申請(qǐng)了**，其**公布了聚合物溶液如何在電極間形成射流，這是**詳細(xì)描述利用高壓靜電來(lái)制備纖維裝置的**，被公認(rèn)為是靜電紡絲技術(shù)制備纖維的開(kāi)端。但是，從科學(xué)基礎(chǔ)來(lái)看，這一發(fā)明可視為靜電霧化或電噴的一種特例，其概念可以追溯到1745年。靜電霧化與靜電紡絲的*大區(qū)別在于二者采用的工作介質(zhì)不同，靜電霧化采用的是低粘度的牛頓流體，而靜電紡絲采用的是較高粘度的非牛頓流體。這樣，靜電霧化技術(shù)的研究也為靜電紡絲體系提供了一定的理論依據(jù)和基礎(chǔ)。對(duì)靜電紡絲過(guò)程的深入研究涉及到靜電學(xué)、電流體力學(xué)、流變學(xué)、空氣動(dòng)力學(xué)等領(lǐng)域。

20世紀(jì)30年代到80年代期間，靜電紡絲技術(shù)發(fā)展較為緩慢，科研人員大多集中在靜電紡絲裝置的研究上，發(fā)布了一系列的**，但是尚未引起廣泛的關(guān)注。進(jìn)入90年代，美國(guó)阿克隆大學(xué)Reneker研究小組對(duì)靜電紡絲工藝和應(yīng)用展開(kāi)了深入和廣泛的研究。特別是近年來(lái)，隨著納米技術(shù)的發(fā)展，靜電紡絲技術(shù)獲得了快速發(fā)展，世界各國(guó)的科研界和工業(yè)界都對(duì)此技術(shù)表現(xiàn)出了極大的興趣。此段時(shí)期，靜電紡絲技術(shù)的發(fā)展大致經(jīng)歷了四個(gè)階段：**階段主要研究不同聚合物的可紡性和紡絲過(guò)程中工藝參數(shù)對(duì)纖維直徑及性能的影響以及工藝參數(shù)的優(yōu)化等；**階段主要研究靜電紡納米纖維成分的多樣化及結(jié)構(gòu)的精細(xì)調(diào)控；第三個(gè)階段主要研究靜電紡纖維在能源、環(huán)境、生物醫(yī)學(xué)、光電等領(lǐng)域的應(yīng)用；第四階段主要研究靜電紡纖維的批量化制造問(wèn)題。上述四個(gè)階段相互交融，并沒(méi)有明顯的界線。

靜電紡絲技術(shù)現(xiàn)狀
通過(guò)靜電紡絲技術(shù)制備納米纖維材料是近十幾年來(lái)世界材料科學(xué)技術(shù)領(lǐng)域的*重要的學(xué)術(shù)與技術(shù)活動(dòng)之一。靜電紡絲并以其制造裝置簡(jiǎn)單、紡絲成本低廉、可紡物質(zhì)種類繁多、工藝可控等優(yōu)點(diǎn)，已成為有效制備納米纖維材料的主要途徑之一。靜電紡絲技術(shù)已經(jīng)制備了種類豐富的納米纖維，包括有機(jī)、有機(jī)/無(wú)機(jī)復(fù)合和無(wú)機(jī)納米纖維。然而，利用靜電紡絲技術(shù)制備納米纖維還面臨一些需要解決的問(wèn)題。首先，在制備有機(jī)納米纖維方面，用于靜電紡絲的天然高分子品種還十分有限，對(duì)所得產(chǎn)品結(jié)構(gòu)和性能的研究不夠完善，*終產(chǎn)品的應(yīng)用大都只處于實(shí)驗(yàn)階段，尤其是這些產(chǎn)品的產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)還存在較大的問(wèn)題。其次，靜電紡有機(jī)/無(wú)機(jī)復(fù)合納米纖維的性能不僅與納米粒子的結(jié)構(gòu)有關(guān)，還與納米粒子的聚集方式和協(xié)同性能、聚合物基體的結(jié)構(gòu)性能、粒子與基體的界面結(jié)構(gòu)性能及加工復(fù)合工藝等有關(guān)。如何制備出適合需要的、高性能、多功能的復(fù)合納米纖維是研究的關(guān)鍵。此外，靜電紡無(wú)機(jī)納米纖維的研究基本處于起始階段，無(wú)機(jī)納米纖維在高溫過(guò)濾、高效催化、生物組織工程、光電器件、航天器材等多個(gè)領(lǐng)域具有潛在的用途，但是，靜電紡無(wú)機(jī)納米纖維較大的脆性限制了其應(yīng)用性能和范圍，因此，開(kāi)發(fā)具有柔韌性、連續(xù)性的無(wú)機(jī)纖維是一個(gè)重要的課題。

靜電紡絲技術(shù)的應(yīng)用
隨著納米技術(shù)的發(fā)展，靜電紡絲作為一種簡(jiǎn)便有效的可生產(chǎn)納米纖維的新型加工技術(shù)，將在生物醫(yī)用材料、過(guò)濾及防護(hù)、催化、能源、光電、食品工程、化妝品等領(lǐng)域發(fā)揮巨大作用。

①在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域，納米纖維的直徑小于細(xì)胞，可以模擬天然的細(xì)胞外基質(zhì)的結(jié)構(gòu)和生物功能；人的大多數(shù)組織、器官在形式和結(jié)構(gòu)上與納米纖維類似，這為納米纖維用于組織和器官的修復(fù)提供了可能；一些電紡原料具有很好的生物相容性及可降解性，可作為載體進(jìn)入人體，并容易被吸收；加之靜電紡納米纖維還有大的比表面積、孔隙率等優(yōu)良特性，因此，其在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域引起了研究者的持續(xù)關(guān)注，并已在**控釋、創(chuàng)傷修復(fù)、生物組織工程等方面得到了很好的應(yīng)用。

②纖維過(guò)濾材料的過(guò)濾效率會(huì)隨著纖維直徑的降低而提高，因而，降低纖維直徑成為提高纖維濾材過(guò)濾性能的一種有效方法。靜電紡纖維除直徑小之外，還具有孔徑小、孔隙率高、纖維均一性好等優(yōu)點(diǎn)，使其在氣體過(guò)濾、液體過(guò)濾及個(gè)體防護(hù)等領(lǐng)域表現(xiàn)出巨大的應(yīng)用潛力。

③靜電紡纖維能夠有效調(diào)控纖維的精細(xì)結(jié)構(gòu)，結(jié)合低表面能的物質(zhì)，可獲得具有超疏水性能的材料，并有望應(yīng)用于船舶的外殼、輸油管道的內(nèi)壁、高層玻璃、汽車玻璃等。但是靜電紡纖維材料若要實(shí)現(xiàn)在上述自清潔領(lǐng)域的應(yīng)用，必須提高其強(qiáng)力、耐磨性以及纖維膜材料與基體材料的結(jié)合牢度等。

④具有納米結(jié)構(gòu)的催化劑顆粒容易團(tuán)聚，從而影響其分散性和利用率，因此靜電紡纖維材料可作為模板而起到均勻分散作用，同時(shí)也可發(fā)揮聚合物載體的柔韌性和易操作性，還可以利用催化材料和聚合物微納米尺寸的表面復(fù)合產(chǎn)生較強(qiáng)的協(xié)同效應(yīng)，提高催化效能。

⑤靜電紡納米纖維具有較高的比表面積和孔隙率，可增大傳感材料與被檢測(cè)物的作用區(qū)域，有望大幅度提高傳感器性能。此外，靜電紡納米纖維還可用于能源、光電、食品工程等領(lǐng)域。

靜電紡絲技術(shù)的發(fā)展方向

靜電紡絲技術(shù)在構(gòu)筑一維納米結(jié)構(gòu)材料領(lǐng)域已發(fā)揮了非常重要的作用，應(yīng)用靜電紡絲技術(shù)已經(jīng)成功的制備出了結(jié)構(gòu)多樣的納米纖維材料。通過(guò)不同的制備方法，如改變噴頭結(jié)構(gòu)、控制實(shí)驗(yàn)條件等，可以獲得實(shí)心、空心、核-殼結(jié)構(gòu)的超細(xì)纖維或是蜘蛛網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的二維纖維膜；通過(guò)設(shè)計(jì)不同的收集裝置，可以獲得單根纖維、纖維束、高度取向纖維或無(wú)規(guī)取向纖維膜等。但是靜電紡絲技術(shù)在纖維結(jié)構(gòu)調(diào)控方面還面臨一些挑戰(zhàn)：首先，要想實(shí)現(xiàn)靜電紡纖維的產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用，就必須獲得類似于短纖或者連續(xù)的納米纖維束，取向纖維的制備為解決該問(wèn)題提供了一條有效的途徑，但是距離目標(biāo)還有不少差距，今后的工作就要設(shè)法通過(guò)改良噴頭、接收裝置以及添加輔助電極等使纖維盡可能伸直并取向排列，獲得綜合性能優(yōu)異的取向纖維陣列。其次，作為靜電紡納米纖維全新的研究領(lǐng)域—納米蛛網(wǎng)的研究還在初期階段，納米蛛網(wǎng)的形成過(guò)程的理論分析和模型建立尚需深入研究。此外，要想提高靜電紡纖維膜在超精細(xì)過(guò)濾領(lǐng)域的應(yīng)用性能，就必須降低纖維的直徑，如何將纖維平均直徑降低到20nm以下是靜電紡絲技術(shù)面臨的一個(gè)挑戰(zhàn)；要想提高纖維在傳感器、催化等領(lǐng)域的應(yīng)用性能，通過(guò)制備具有多孔或中空結(jié)構(gòu)的納米纖維來(lái)提高纖維的比表面積是一種有效方法，但仍需進(jìn)一步的研究。

靜電紡絲專用注射泵：

1）PUMP11 ELITE 注射泵    

2）PHD ultra微量注射泵