靜電紡絲技術(shù)的應(yīng)用研究

代琳欣

摘 要：近年來，納米材料的研究成為一個熱點問題，國內(nèi)外針對靜電紡絲技術(shù)開展了深入的研究，與傳統(tǒng)的分離與拉伸方式相比，靜電紡絲開始成為現(xiàn)階段制備納米纖維的重要方式。本文主要針對靜電紡絲技術(shù)的應(yīng)用進行分析。

關(guān)鍵詞：靜電紡絲技術(shù)；應(yīng)用；納米材料

近年來，我國的材料研究發(fā)展迅速，納米材料的迅速發(fā)展加促了靜電紡絲的開發(fā)和應(yīng)用。靜電紡絲又稱為電紡，它和傳統(tǒng)的拉伸、相分離方法相較而言，在納米纖維的提取上具有更為明顯的有效性。本文主要針對電紡技術(shù)及其發(fā)展歷史進行了闡述，對靜電紡絲機和靜電紡絲技術(shù)的進展及其應(yīng)用進行了分析，最后指出了其發(fā)展方向。

1 靜電紡絲技術(shù)

1.1 靜電紡絲的基本原理

靜電紡絲的形成過程為，在聚合物溶液上加以足夠大的高壓靜電，使聚合物滴液在與材料表面接觸的時候能夠產(chǎn)生噴射細流。這些細流經(jīng)過拉伸細化，與此同時經(jīng)過彎曲、固化過程，沉積在物體表面形成納米纖維膜。

1.2 靜電紡絲的影響因素

影響靜電紡絲的因素有多種，總結(jié)來說主要有三個方面：一方面從紡絲液的性質(zhì)來看，靜電紡絲的形成跟聚合物的分子量、紡絲液粘度和濃度、紡絲液的電導(dǎo)率以及彈性有關(guān)；從紡絲工藝參數(shù)來看，主要跟施加的電壓大小和針頭到收集板的距離以及紡絲液流量有關(guān)；從環(huán)境參數(shù)來看，靜電紡絲加工環(huán)境的溫度、濕度和空氣流動速度都有關(guān)系。

1.3 靜電紡絲的優(yōu)缺點

靜電紡絲法操作流程簡單、可操作性較強，但是它具有以下缺點：靜電紡絲要想取得相互分開的納米纖維的長、短絲不是很容易。另外靜電紡絲機的產(chǎn)量較低，生產(chǎn)出來的納米纖維強度也較難達到用戶滿意。

2 靜電紡絲機的應(yīng)用

1）一種靜電紡絲機是采用噴絲頭與收集板垂直排布方式。此類紡絲機的結(jié)構(gòu)主要是立式，它是靜電紡絲里面最基礎(chǔ)研究內(nèi)容。

2）另一種靜電紡絲機采用噴絲頭與收集板水平排布方式。此類紡絲機的機構(gòu)主要是臥式，它的主件與噴絲頭與收集板垂直排布的靜電紡絲機大體相同，不同之處就在于其方向上。

3）取向排列納米纖維靜電紡絲機。此類紡絲機通過高速旋轉(zhuǎn)的裝置收集取向排列的納米纖維。

4）高產(chǎn)量靜電紡絲機。此類紡絲機又叫作轉(zhuǎn)子紡絲機，它是一種使用多噴頭收集靜電紡絲的設(shè)備，收集效果大大提高。

3 靜電紡絲射流穩(wěn)態(tài)和非穩(wěn)態(tài)的研究

在靜電紡絲提取的過程中，靜電場對射流產(chǎn)生作用，使之成為一個不穩(wěn)定的過程，這就使得我們得到的靜電紡絲纖維足夠纖細，從這一角度來看，這種不穩(wěn)定性是一個有利因素。但是從另一個角度來說，射流的不穩(wěn)定性增加了靜電紡絲工藝的難度。所以對于射流不穩(wěn)定性的研究有助于人們深刻理解靜電紡絲的原理，對于改進其加工工藝有著重要的意義。

3.1 射流的穩(wěn)定部分

Spivak對于射流半徑和軸向位置進行了深入的研究，并且建立起兩者之間的微分方程。Qin分析了在紡絲液中加入鹽以后，對射流穩(wěn)定性有何影響，他得出結(jié)論：當(dāng)鹽濃度變大的時候，并變短紡絲液射流的穩(wěn)定長度，加強不穩(wěn)定性。

3.2 射流的不穩(wěn)定部分

靜電紡絲中會有三種不穩(wěn)定的狀態(tài)，一是粘性的不穩(wěn)定狀態(tài)，二是曲張的不穩(wěn)定狀態(tài)，三是彎曲的不穩(wěn)定狀態(tài)。

4 靜電紡絲技術(shù)的新進展

靜電紡絲屬于多學(xué)科交叉的技術(shù)，目前它跟眾多的方法相結(jié)合來制造功能性的納米纖維，就呈現(xiàn)出更為明顯的學(xué)科交叉特點。

4.1 靜電紡絲和凝膠溶膠

利用凝膠溶膠和靜電紡絲技術(shù)能夠有效獲得一種叫做乙烯醇納米纖維。把它經(jīng)過高溫處理使其形態(tài)和結(jié)晶得到改變之后，會形成氧化鎂納米纖維。靜電紡絲制得的凝膠納米纖維和飽和戊二醛在常溫下就可以產(chǎn)生交聯(lián)而得到抗水性和熱機械性能，能夠有效滿足生物上的應(yīng)用。

4.2 靜電紡絲和炭化

對于使用靜電紡絲法制得的聚丙烯腈納米纖維，把它預(yù)氧化和炭化以后就能夠得到碳納米纖維。此種方法也存在著一定的不足之處，就是在預(yù)氧化和炭化過程當(dāng)中很難對它施加均勻的張力。由于納米本身的取向低、強度低，這就導(dǎo)致炭化以后的炭纖維同樣也取向低、強度低。

5 靜電紡納米纖維膜的應(yīng)用

靜電纖維膜的應(yīng)用范圍比較廣泛，可應(yīng)用于生物醫(yī)藥材料，作為組織工程的支架和修復(fù)材料等。也可用于過濾材料和吸附材料，或者可以用于負荷增強材料，靜電紡絲具有較高的比表面積，可以有效提高層壓復(fù)和材料的層間剪切強度。在傳感器的應(yīng)用上，有效提高了其靈敏性。

6 結(jié)論

靜電紡絲的不穩(wěn)定性對納米的影響較大，對它進行深入研究后可以有效控制納米材料的質(zhì)量。目前還缺乏產(chǎn)量高的靜電紡絲機，納米技術(shù)的發(fā)展將此類材料從實驗室推向到市場，突破原來的單體聚合，加入功能型集團或者顆粒，開發(fā)新型的靜電紡納米纖維是市場發(fā)展的客觀需求，所以靜電紡絲技術(shù)擁有非常廣闊的發(fā)展前景。

參考文獻：

[1] 陳泉，周新，朱宇，李洪玲，彭寧，白續(xù)鐸.靜電紡絲中用滾筒輔助動態(tài)水接收裝置制備定向聚丙烯腈納米纖維[J].科技創(chuàng)新導(dǎo)報，2012（34）.

[2] 高春濤，王清清，徐筱琳，蔡以兵，魏取福.PAN-O/MMT復(fù)合納米纖維膜的制備及染料吸附性能[J].水處理技術(shù)，2012（07）.

[3] 李秀艷，劉建立，李從舉.熔融靜電紡絲技術(shù)在組織工程中的應(yīng)用[J].化工新型材料，2012（04）.

[4] 姚春梅，黃鋒林，魏取福，蔡以兵，王金成.靜電紡聚乳酸納米纖維復(fù)合濾料的過濾性能研究[J].化工新型材料，2012（04）.