離心紡：一種高效制備微/納米纖維的紡絲方法(一)

徐淮中　　陳歡歡　　李祥龍　　劉　晨　　楊　斌

浙江理工大學(xué)材料與紡織學(xué)院， 浙江 杭州 310018

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離心紡：一種高效制備微/納米纖維的紡絲方法(一)

徐淮中陳歡歡李祥龍劉晨楊斌

浙江理工大學(xué)材料與紡織學(xué)院， 浙江 杭州 310018

摘要：介紹離心紡纖維的成形機(jī)制，分析可通過調(diào)控紡絲參數(shù)(即紡絲液性質(zhì)、工藝參數(shù)、環(huán)境條件)誘導(dǎo)優(yōu)質(zhì)微/納米纖維的成形，并以自制的離心紡絲裝置為研究平臺，從紡絲類型、紡絲參數(shù)、射流成形機(jī)制三方面對離心紡技術(shù)進(jìn)行梳理，旨在使國內(nèi)同行更好地了解離心紡技術(shù)的特點(diǎn)及其發(fā)展趨勢，推動離心紡技術(shù)的發(fā)展。

關(guān)鍵詞：離心紡，微/納米纖維，紡絲參數(shù)，射流成形

生產(chǎn)納米纖維常用的紡絲方法有熔噴法、模板法、相分離法、雙組分法、自組裝法及靜電紡絲法等。其中，靜電紡絲法具有可紡纖維種類豐富、產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定、裝置組裝簡單等優(yōu)勢，已被廣泛應(yīng)用于生產(chǎn)有機(jī)及無機(jī)納米纖維。然而，高壓靜電(>10 kV)、紡絲液極性要求、溶劑毒性和生產(chǎn)效率低下等都不利于靜電紡纖維的應(yīng)用與推廣[1]473,[2]677,[3],[4]12。雖然無噴嘴靜電紡技術(shù)極大地提高了紡絲效率，但與常規(guī)化纖紡絲相比仍有較大的差距。近幾年，離心紡正逐漸發(fā)展成一種制備納米纖維的新技術(shù)，其具有產(chǎn)量高、能耗低、污染小、對紡絲液極性無要求等優(yōu)勢，可有效彌補(bǔ)靜電紡技術(shù)的先天不足[2]677,[4]12,[5-7],[8]429-435,[9]。當(dāng)前，可利用離心紡技術(shù)生產(chǎn)的高聚物包括尼龍6(PA6)[10]、聚丙烯腈(PAN)[11]、聚己內(nèi)酯(PCL)[1]473、聚偏二氟乙烯(PVDF)[12]、聚乙烯吡咯烷酮(PVP)[13]、聚對苯二甲酸丁二酯(PBT)[14]、聚丙烯(PP)[15-16]、聚乳酸(PLA)[17]等；可生產(chǎn)的無機(jī)物包括摻錫氧化銦(ITO)[18]、二氧化鈦(TiO2)[19]、二氧化硅(SiO2)[20]、二氧化鋯(ZrO2)[21]、鈦酸鋇(BaTiO3)[22]、氧化鋁(Al2O3)[23]等。鑒于靜電紡技術(shù)的發(fā)展，離心紡技術(shù)將在納米增強(qiáng)材料[24-26]、細(xì)胞培養(yǎng)[27-29],[30]2257-2261、藥物運(yùn)輸[31]、柔性儲能材料[32]、醫(yī)用衛(wèi)生、電池隔膜等領(lǐng)域中扮演重要角色。

離心紡技術(shù)與棉花糖機(jī)頗有淵源，它們有著共同的紡絲機(jī)理。棉花糖的制備過程如圖1所示：制作前先將糖加入儲料槽中加熱熔融，之后熔融態(tài)糖在離心力的作用下從噴嘴中甩出，射流經(jīng)拉伸、冷卻、卷繞后形成棉花糖。糖屬天然高聚物，其相對分子質(zhì)量較低、相對分子質(zhì)量分布較寬，故棉花糖纖維較粗(>100 μm)。本課題組就曾利用棉花糖機(jī)對聚對苯二甲酸乙二醇酯(PET)進(jìn)行了試紡，并獲得了直徑為數(shù)十微米的PET纖維。

(a) 加料　(b) 棉花糖卷繞

19世紀(jì)60年代，美國一紡絲企業(yè)就已開始利用離心紡技術(shù)生產(chǎn)玻璃纖維[2]684。該玻璃纖維的成形機(jī)理與棉花糖相似，但纖維的收集過程較為復(fù)雜，其在離心力及高速氣流對熔融態(tài)玻璃進(jìn)行牽伸的同時，向射流噴灑黏合劑，最終獲得了纖維直徑為數(shù)十微米、纖維長度為數(shù)厘米的玻璃纖維非織造布，且成網(wǎng)烘干后具有一定強(qiáng)力。1970年，Chen和Miller曾利用改進(jìn)后的離心機(jī)制備出合金纖維[33]，其熔融射流高速撞擊帶有凸形內(nèi)表面的環(huán)形罩，纖維固化后便立即從環(huán)形罩坡面滑落，這有利于纖維與環(huán)形罩之間的熱傳遞，從而提高了合金纖維的力學(xué)性能。

盡管離心紡技術(shù)曾用于制備玻璃纖維與合金纖維，但其用于制備高聚物纖維，尤其是納米纖維(直徑<500 nm)，尚處于起步階段。1991年，專利US5075063描述了一種可進(jìn)行熔融或溶液紡絲的離心機(jī)[34]；1995年，專利US5460498在上述裝置結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，通過引入高速氣流對射流做進(jìn)一步牽伸[35]；1996年，專利US5494616設(shè)計(jì)了一系列不同結(jié)構(gòu)的紡絲模頭[36]。這些都在一定程度上提高了纖維的品質(zhì)。2005年，日本帝人特威隆(Teijin Twaron)公司率先使用濕法離心紡技術(shù)生產(chǎn)了纖維素纖維[8]429-435。2008年，Weitz等[37]1187-1197利用旋涂儀意外獲得了直徑低至25 nm的聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)纖維。此后，離心紡作為一種制備納米纖維的新技術(shù),得到了相關(guān)科研機(jī)構(gòu)的廣泛關(guān)注。

據(jù)統(tǒng)計(jì)，2008—2014年有關(guān)離心紡的研究論文共計(jì)52篇，發(fā)文量隨時間呈指數(shù)式增長(圖2)。因此可以預(yù)見，離心紡技術(shù)將吸引更多的科研團(tuán)隊(duì)，且相關(guān)的論文數(shù)量也將進(jìn)一步增長。從論文發(fā)表所屬國家來看(圖3)，美國發(fā)文量占一半以上，主要有德州大學(xué)泛美分校Lozano研究組、北卡羅來納州立大學(xué)張向武研究組和紐約Ren研究組。FibeRio公司還利用專利US2009/0280325A1制造了產(chǎn)業(yè)用幅寬1.1 m的Cyclone Fiber Engine與實(shí)驗(yàn)用Cyclone L-1000M/D 的離心紡設(shè)備，并注冊“Forcespinning”為商標(biāo)[38]。中國發(fā)文量僅次于美國，主要科研團(tuán)隊(duì)有浙江理工大學(xué)楊斌課題組、臺灣國立成功大學(xué)Chen Chuh-yung研究組、南京大學(xué)Liu Heyi研究組及青島大學(xué)Liu Shuliang研究組。此外，伊朗伊斯法罕科技大學(xué)Hosseini Ravandi研究組與印度安娜大學(xué)Mary研究組也在從事與離心紡技術(shù)相關(guān)的科研工作。

圖2　2008—2014年離心紡論文數(shù)量分布

圖3　2008—2014年各國發(fā)表關(guān)于離心紡論文的情況

1離心紡類型

結(jié)合本課題組已有的研究成果及相關(guān)的文獻(xiàn)報(bào)道，本文將離心紡劃分為有噴嘴離心紡、無噴嘴離心紡和離心-靜電紡等三大類。如不加特殊說明，離心紡即指有噴嘴離心紡。

1.1有噴嘴離心紡

噴絲器與纖維收集器是離心紡裝置中決定纖維

品質(zhì)的關(guān)鍵部件。Lozano和Sarkar曾在專利EP2257660中詳細(xì)介紹了不同結(jié)構(gòu)的離心紡噴絲器(圖4)，分別為狹縫式噴絲器、篩網(wǎng)式噴絲器、三板復(fù)合式噴絲器及針管式噴絲器[38]。

狹縫式噴絲器中，紡絲底盤與紡絲蓋之間留有狹縫，且狹縫尺寸可按紡絲要求進(jìn)行調(diào)節(jié)。篩網(wǎng)式噴絲器以篩網(wǎng)作為噴嘴，這極大地增加了噴嘴的數(shù)量。這兩種噴絲器常用于棉花糖機(jī)，其特點(diǎn)是產(chǎn)量高，但射流軌跡難以控制，易導(dǎo)致纖維粗細(xì)不勻、纖網(wǎng)結(jié)構(gòu)層次不清。

三板復(fù)合式噴絲器由Lozano課題組和FibeRio公司合作設(shè)計(jì)并制作而成。上托板與下托板用于固定中層基板，而中層基板又由儲料槽、導(dǎo)流槽、噴絲孔構(gòu)成。這種結(jié)構(gòu)可有效減弱噴絲器附近空氣的紊流程度，減少因溶劑揮發(fā)過快造成噴嘴堵塞現(xiàn)象的發(fā)生。

圖4　不同離心紡噴絲器結(jié)構(gòu)

針管式噴絲器結(jié)構(gòu)簡單，安裝、清洗方便，噴嘴尺寸和角度可根據(jù)紡絲液性質(zhì)進(jìn)行調(diào)節(jié)，適用于試驗(yàn)研究。間歇式和連續(xù)式是常用的兩種纖維收集方式。間歇式收集器一般為環(huán)形罩或收集棒，或兩者的組合(圖5[38])。高速旋轉(zhuǎn)的噴絲器會形成向下氣流，若采用收集棒，氣流則從相鄰收集棒狹縫間逸散，纖維集結(jié)于收集棒中下部；而密閉的環(huán)形罩會形成向上氣流，纖維集結(jié)于環(huán)形罩中上部。間歇式收集方式簡易，但不同批次的產(chǎn)品質(zhì)量差異較大，不同部位收集得到的纖維形貌也不同，如沿噴絲器徑向收集得到的纖維含珠粒較多。連續(xù)式纖維收集系統(tǒng)現(xiàn)已廣泛應(yīng)用于工業(yè)化生產(chǎn)，如熔融或干法紡絲用的輸網(wǎng)簾，以及濕法紡絲用的凝固浴等(圖6[2]688)。輸網(wǎng)簾一般配合抽吸風(fēng)或側(cè)吹風(fēng)使用，這有利于分散纖維和提高纖網(wǎng)強(qiáng)力。不同紡絲液射流軌跡差異較大，應(yīng)根據(jù)射流實(shí)際運(yùn)行軌跡選擇合理的收集方式，詳見本文3.1節(jié)。

圖5　間歇式離心紡纖維收集器

圖6　連續(xù)式離心紡纖維收集系統(tǒng)

除了噴絲器結(jié)構(gòu)和纖維收集方式外，儲料和供料的形式同樣對紡絲過程有影響。本課題組曾利用3D打印機(jī)制作了一系列以ABS塑料為基材的儲料槽，筒形和梭形是常用的兩種結(jié)構(gòu)(圖7)。選用25 G(即內(nèi)徑為0.26 mm)的針頭，利用鎖緊閥將針頭與儲料槽固定在一起，并注入2~4 mL的紡絲液；紡絲時，紡絲液在離心力的作用下，通過流線形的紡絲甬道離開噴絲器。該儲料槽結(jié)構(gòu)的噴絲器加工制作簡易，適用于試驗(yàn)室，缺點(diǎn)是紡絲后期噴嘴易堵塞。

間歇式供料會因紡絲液的減少而導(dǎo)致儲料槽側(cè)壁受到的擠壓力減小，進(jìn)而作用于射流的合力逐漸減小，這不利于穩(wěn)定紡絲。試驗(yàn)采用半連續(xù)式供料系統(tǒng)(圖8)，即用針管向儲料槽內(nèi)連續(xù)注入紡絲液，紡絲時可控制紡絲液輸出量與輸入量的平衡[30]6。目前，本課題組在設(shè)計(jì)一種適用于試驗(yàn)用的熔融離心紡連續(xù)供料系統(tǒng)，而補(bǔ)償快速逸散的熱量及實(shí)現(xiàn)各紡絲段的精確控溫是該技術(shù)的難點(diǎn)。

(a) 筒形

(b) 梭形

圖8　溶液離心紡半連續(xù)供料系統(tǒng)

本課題組還曾利用自制的離心紡裝置對水溶性高聚物，如聚環(huán)氧乙烷(PEO)和PVP等，進(jìn)行了加工。所得PVP纖維平均直徑為441 nm。從PVP離心紡纖維的整體形貌(圖9)來看，纖網(wǎng)疏松并伴有分層現(xiàn)象。若采用熱軋等后處理方式加固纖網(wǎng)，可獲得具有一定強(qiáng)力的非織造材料。

(a) 紡絲時

(b) 掃描電鏡圖

圖9離心紡制備的PVP纖維[重均相對分子質(zhì)量(MW)

為1 300 000，PVP水溶液質(zhì)量分?jǐn)?shù)為20%]

1.2無噴嘴離心紡

相較于有噴嘴離心紡，無噴嘴離心紡摒棄了噴嘴，纖維產(chǎn)量進(jìn)一步提高。

Weitz等[37]1187在進(jìn)行旋轉(zhuǎn)涂覆試驗(yàn)時意外獲得了直徑低至25 nm的聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)纖維，其成形過程如圖10所示：Rayleigh-Taylor不穩(wěn)定，誘導(dǎo)液膜分裂形成“手指”，接著“手指”前端飛離盤面并隨即牽拉出大量纖維。

(a) 旋涂過程

(b)“手指”現(xiàn)象

本課題組基于此，設(shè)計(jì)了帶導(dǎo)流器的無噴嘴離心紡裝置(圖11)。利用導(dǎo)流器控制鋪展于盤面的液膜厚度及流量，誘導(dǎo)液膜均勻分裂形成“手指”。試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，槽形噴絲器所得纖維的可紡性優(yōu)于碟形噴絲器，這是因?yàn)椴蹅?cè)壁可緩存紡絲液，易形成更薄的液膜及更細(xì)的“手指”。

(a) 碟形噴絲器

(b) 槽形噴絲器

圖12[39]82為利用槽形噴絲器制備的PET和PVP纖維：熔融離心紡制備的PET纖維直徑為(2.0±0.8) μm，溶液離心紡制備的PVP纖維直徑為(400±100)nm。顯然，槽形噴絲器無噴嘴離心紡極大地減小了纖維線密度，更適合于高黏度溶液的紡絲，但液膜揮發(fā)固化與穩(wěn)定供料等問題也亟待解決。

(a) PET纖維

(b) PVP纖維

1.3離心-靜電紡

離心紡相比靜電紡最大的優(yōu)勢是產(chǎn)量高，但所得纖維的形貌及其直徑分布略遜于靜電紡纖維。而離心-靜電紡將離心紡與靜電紡的技術(shù)優(yōu)勢相結(jié)合，提高纖維產(chǎn)量的同時還有效解決了串珠、并絲等問題，其裝置結(jié)構(gòu)如圖13所示。轉(zhuǎn)軸與輸網(wǎng)簾分別連接正、負(fù)電極，這使得噴絲器與輸網(wǎng)簾之間形成高壓電場，射流同時受離心力和靜電力的拉伸作用。

圖13　離心-靜電紡裝置

Wang等較早研究了離心-靜電紡射流成形機(jī)理及纖維內(nèi)部大分子鏈的聚集態(tài)結(jié)構(gòu)，如文獻(xiàn)[40]指出，在離心與靜電場環(huán)境下，射流彎曲不穩(wěn)定現(xiàn)象消失，這促進(jìn)了大分子鏈的取向，進(jìn)而提高了纖維的強(qiáng)力；文獻(xiàn)[41]介紹了利用離心-靜電紡技術(shù)制備的部分結(jié)晶雙酚A聚碳酸酯(BPAPC)纖維，指出BPAPC纖維在四氫呋喃(THF)體系中得到的結(jié)晶度較高；文獻(xiàn)[42]探討了特征數(shù)、特征群與射流曲率半徑、射流長度、泰勒錐形貌的關(guān)系，并結(jié)合試驗(yàn)證實(shí)了在靜電場中引入適當(dāng)?shù)碾x心力可增強(qiáng)纖維的力學(xué)性能。Hosseinii研究組[43]就離心-靜電紡技術(shù)的紡絲參數(shù)與纖維形貌之間的關(guān)系進(jìn)行了詳細(xì)研究，發(fā)現(xiàn)電場力的誘導(dǎo)可提高離心紡纖維的取向排列程度。本課題組陳歡歡曾利用自制的離心-靜電紡裝置試制了PVP纖維，發(fā)現(xiàn)所得纖網(wǎng)整體形貌均勻、致密，纖維無串珠、無并絲，且取向度較高(圖14)。

綜上所述，無噴嘴離心紡及離心-靜電紡是基于傳統(tǒng)離心紡衍生出的兩種紡絲方法。

不同紡絲方法各具特色：有噴嘴離心紡纖維均勻度較好，纖網(wǎng)蓬松；無噴嘴離心紡生產(chǎn)效率高，但纖維均勻度有待提高；離心-靜電紡纖維形貌最佳，纖網(wǎng)致密。因此，應(yīng)根據(jù)紡絲原材料及纖網(wǎng)品質(zhì)要求(如孔隙率、強(qiáng)力、取向度、纖維直徑及其分布等)，選擇合理的離心紡類型。

(a) 纖網(wǎng)

(b) 纖維掃描電鏡照片

圖14離心-靜電紡制備的PVP纖維(PVP溶液質(zhì)量分?jǐn)?shù)為20%，靜電壓為4 kV，收集距離為15 cm)

2紡絲參數(shù)對纖維形貌的影響

離心紡纖維形貌與紡絲液性質(zhì)、操作條件等密切相關(guān)，本文就其中一些重要的參數(shù)加以闡述。

2.1紡絲液性質(zhì)

紡絲液的性質(zhì)是影響離心紡纖維品質(zhì)的關(guān)鍵因素，具體包括紡絲液的黏度、表面張力、質(zhì)量分?jǐn)?shù)、分子鏈結(jié)構(gòu)、相對分子質(zhì)量及其分布、溶劑揮發(fā)性、流變性等，其中紡絲液的黏度及表面張力對纖維形貌的影響最為關(guān)鍵，而其他因素的改變也會影響紡絲液的黏度和表面張力。

2.1.1黏度

紡絲液的黏度與分子鏈結(jié)構(gòu)、相對分子質(zhì)量、紡絲液質(zhì)量分?jǐn)?shù)、加工溫度等因素相關(guān)。改變紡絲液質(zhì)量分?jǐn)?shù)可快速改變其黏度。本課題組對不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)的PVP(MW=1 300 000)溶液進(jìn)行離心紡絲，根據(jù)大分子鏈纏結(jié)理論將質(zhì)量分?jǐn)?shù)劃分成4個區(qū)間：稀溶液區(qū)(溶液中的大分子鏈不發(fā)生纏結(jié)，僅形成液滴)，半稀溶液非纏結(jié)區(qū)(溶液中的大分子鏈發(fā)生部分纏結(jié)，液滴牽拉出短纖)，半稀溶液纏結(jié)區(qū)(溶液中的大分子鏈纏結(jié)程度較高，形成的纖維中伴有部分珠粒)，濃溶液區(qū)(溶液中的大分子鏈充分纏結(jié)，形成的纖維連續(xù)、均勻)。試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，溶液質(zhì)量分?jǐn)?shù)未達(dá)到濃溶液區(qū)前，部分成形的纖維會立即被液滴打斷、融化，無法收集到纖維，僅當(dāng)溶液質(zhì)量分?jǐn)?shù)達(dá)到濃溶液區(qū)時才能形成纖網(wǎng)，且纖維直徑隨溶液濃度增加而減小。目前，多數(shù)文獻(xiàn)[44-50]支持“靜電紡絲的溶液質(zhì)量分?jǐn)?shù)在半稀溶液纏結(jié)區(qū)即可形成纖維”的觀點(diǎn)，因此，若要制備形貌相近的纖維，離心紡溶液質(zhì)量分?jǐn)?shù)需高于靜電紡溶液質(zhì)量分?jǐn)?shù)。

2.1.2表面張力

紡絲液的表面張力與纖維珠粒結(jié)構(gòu)密切相關(guān)。紡絲時表面張力、黏滯力與離心力共同影響射流成形。表面張力使得溶液表面能降低，促進(jìn)液滴的形成；黏滯力是大分子鏈間摩擦作用的宏觀表現(xiàn)，促使射流保持連續(xù)而不斷裂；離心力是射流拉伸的關(guān)鍵作用力。當(dāng)溶液濃度與轉(zhuǎn)速區(qū)間合適時，減小溶液表面張力有助于減少珠粒。因此，最直接、最有效的方法是更換溶劑。如制備PVP纖維時，水作為溶劑易形成珠粒，而利用無水乙醇/水作為溶劑可有效減少珠粒，因?yàn)镻VP溶液表面張力隨著乙醇質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增加而減小。

2.2操作條件

除紡絲液性質(zhì)外，紡絲操作條件如噴絲器轉(zhuǎn)速、噴嘴直徑、纖維收集距離等對離心紡纖維的形貌也會產(chǎn)生重要影響。

2.2.1噴絲器轉(zhuǎn)速

離心紡最本質(zhì)的特征是通過離心力拉伸射流形成納米纖維。噴嘴出口處射流所受的離心力(Fc)：

Fc=mRΩ2

(1)

式中：m——紡絲液質(zhì)量；

R——噴絲器半徑；

Ω——噴絲器轉(zhuǎn)速。

紡絲液在噴嘴內(nèi)需克服流體與管壁間產(chǎn)生的摩擦力、高聚物黏彈力及表面張力；射流離開噴絲器后，摩擦力消失，射流受表面張力的作用增強(qiáng)。表1[39]83顯示：當(dāng)轉(zhuǎn)速低于臨界轉(zhuǎn)速時，流體滯留于噴絲器內(nèi)；當(dāng)轉(zhuǎn)速達(dá)到臨界轉(zhuǎn)速后，射流從噴嘴內(nèi)擠出并被牽伸，纖維直徑隨轉(zhuǎn)速增加呈先減小后增大的趨勢。因此可以認(rèn)為：在合理的轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)，離心力對射流的牽伸起主導(dǎo)作用，纖維直徑隨離心力增大而減少；轉(zhuǎn)速過大時，流量增加明顯，射流到達(dá)收集器的時間減少，最終導(dǎo)致射流牽伸倍數(shù)減小，纖維變粗。

表1　轉(zhuǎn)速與熔融離心紡PET纖維直徑的關(guān)系

2.2.2噴嘴直徑

噴嘴直徑直接決定射流的流量與纖維初始直徑。本課題組選用20~30 G(即內(nèi)徑為0.16~0.60 mm)的針頭進(jìn)行離心紡絲，發(fā)現(xiàn)細(xì)針頭更易獲得超細(xì)纖維，但針頭越細(xì)，噴絲器的臨界轉(zhuǎn)速越大。在這種情況下，若聚合物的相對分子質(zhì)量和紡絲液黏度都較低，則過高的轉(zhuǎn)速易導(dǎo)致纖維拉斷；反之，若聚合物的相對分子質(zhì)量及紡絲液黏度較高，則易導(dǎo)致噴嘴堵塞。因此，應(yīng)根據(jù)紡絲液的性質(zhì)選擇合適的噴嘴直徑。

2.2.3纖維收集距離

纖維收集距離指噴嘴與收集器之間的間距。射流的牽伸及固化行為與纖維收集距離密切相關(guān)。適當(dāng)增加纖維收集距離將促進(jìn)溶劑的充分揮發(fā)，有利于射流的進(jìn)一步牽伸；但射流運(yùn)行一定距離后，會因完全固化而停止?fàn)可?，此時若繼續(xù)增大收集距離，纖維直徑及形貌變化不大，但纖網(wǎng)會變得蓬松而不易收集。大量試驗(yàn)表明：增大噴絲器轉(zhuǎn)速，射流的螺旋軌跡會擴(kuò)張，此時應(yīng)適當(dāng)增大纖維收集距離；增加紡絲液黏度，射流的固化點(diǎn)會內(nèi)移，此時應(yīng)適當(dāng)減小纖維收集距離。

綜上所述，紡絲液的黏度和表面張力、噴絲器轉(zhuǎn)速、噴嘴直徑、纖維收集距離等對纖維形貌的作用，既相互獨(dú)立又相互影響。紡絲液黏度與噴嘴直徑越小、噴絲器轉(zhuǎn)速與纖維收集距離越大，所得纖維越細(xì)，但也容易形成珠粒?？赏ㄟ^更換溶劑來適當(dāng)降低溶液表面張力，以有效減少珠粒。此外，應(yīng)特別關(guān)注各參數(shù)的閾值，即影響纖維形貌的拐點(diǎn)，驗(yàn)證該閾值是否在所研究的參數(shù)范圍內(nèi)，切不可主觀臆斷。

(未完待續(xù))

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Centrifugal spinning: A high-efficient approach to fabricate micro-/nano-fibers(Part 1)

XuHuaizhong,ChenHuanhuan,LiXianglong,LiuChen,YangBin

College of Materials and Textiles, Zhejiang Sci-Tech University, Hangzhou 310018, China

Abstract:Fiber formation mechanisms of centrifugal spinning were introduced, and superior micro-/nano-fibers which would be obtained through adjusting the spinning parameters, such as solution properties, processing parameters and environmental conditions, were analyzed. And based on the self-made centrifugal spinning set-up, the technology of centrifugal spinning was summarized from spinning types, spinning parameters, jet formation mechanisms, which would provide a better understanding for the characteristics and developing trends of centrifugal spinning technique, and promote its development.

Keywords:centrifugal spinning，micro-/nano-fiber，spinning parameter，jet formation

中圖分類號：TQ340.64

文獻(xiàn)標(biāo)志碼:A

文章編號：1004-7093(2016)01-0025-09

作者簡介：徐淮中，男，1989年生,在讀碩士研究生，研究方向?yàn)殡x心紡纖維的成形機(jī)理通信作者：楊斌，E-mail: yangbin5959@zstu.edu.cn

收稿日期：2015-03-16