什么是靜電紡絲

2024-10-31

靜電紡絲即在高壓靜電下用聚合物溶液進行紡絲的過程。靜電紡絲可以制備直徑在幾十到幾百納米的纖維，產品具有較高的孔隙率和較大的比表面積，成分多樣化，直徑分布平均，在生物醫學、環境工程以及紡織等領域具有很高的應用價值。
原理
將聚合物溶液或熔體帶上幾千至上萬伏高壓靜電，帶電的聚合物液滴在電場力的作用下在毛細管管的Taylor錐頂點被加速。當電場力足夠大時，聚合物液滴克服表面張力形成噴射細流。在細流噴射過程中溶劑蒸發或固化，終極落在接收裝置上，形成類似非織造布狀的纖維氈。
裝置
靜電紡絲的裝置主要由推進泵、打針器、高壓電源以及接收裝置組成。其中，高壓電源的正極與與負極分別與打針器針頭和接收裝置相連，而接收裝置的形式也是多樣化的，可以是靜止的平面、高速滾動的滾筒或者圓盤。紡絲的參數設置、環境前提等對紡絲過程的影響至關重要。


推進泵 打針器



30kV 1mA 30W高壓直流電源



50kV 1mA 50W高壓直流電源


往復器


收集滾

高聚物
目前靜電紡絲技術已經可用于幾十和不同的高分子聚合物，既包括聚酯、聚酰胺、聚乙烯醇、星聚丙烯腈等柔性高聚物的靜電紡絲，也包括聚氨酯彈性體的靜電紡絲以及液晶態的剛性高分子聚對苯二甲酰對苯二胺等的靜電紡絲。
影響因素
靜電紡絲法制備納米纖維的影響因素良多，這些因素可分為溶液性質，如黏度、彈性、電導率和口表面張力:控制變量，如毛細管中的靜電壓，手細管口的電勢和毛細管口與收集器之間的間隔;環境參數，如溶液溫度、紡絲環境中的空氣濕度和溫度、氣流速度等。
同軸靜電紡絲
同軸靜電紡是在靜電紡的基礎上改造而來，其基本原理是在兩個內徑不同但同軸的毛細管中分別注:入芯質和殼質溶液，二者在噴頭末端匯合，在電場力的作用下固化成為復合納米纖維，同軸靜電紡絲解決了紡絲時紡絲液必需是均一體系的缺陷，所制備的同軸纖維在平均性、連續性上都優于其它方法得到的纖維。采用同軸靜電紡絲的方法可以制得中空纖維和納米復合纖維等。
應用
靜電紡絲技術制備的納米纖維，具有比表面積大、孔隙率高、尺寸輕易控制、表面易功能化(如表面面涂覆、表面改性)等特點，在很多領域都有重要的應用價值。靜電紡絲納米纖維在過濾以及個體防護方面可以用于水處理、防護服、口罩等;在傳感器領域可以用作電阻傳感器、光學傳感器等等;在化工領域可以用于催化劑等;在生物醫學領域可以用于傷口敷料、組織工程支架、藥物載體等。