摘 要：槽钢加工
简述了静电纺丝基本原理及纺丝过程中射流存在的几种不稳定性形式；探讨了静电纺丝制备纳米纤维的主要影响因素。回顾了静电纺丝的发展历程，介绍了纳米纤维在电子器件、生物医学领域、滤材、防护服用材料纤维增强复合材料及传感器知膜等方面的应用。指出静电纺纳米纤维性能优异、应用广泛、应用于生物医学领域是研发热点，必将进一步产业化。 20世纪90年代后期，对于纳米纤维制备及应用的研究达到高潮，开发了一系列制备聚合物纳米纤维的方法，如纺丝、模版合成法、相分离法、自组装法以及静电纺丝法等。与上述方法比，静电纺制备聚合物纳米纤维具有设备简单、操作容易以及高效等特点，因此它被认为是制备聚合物连续纳米纤维最有效的方法。
一、静电纺丝技术
1、静电纺丝基本原理
静电纺丝法即 喷射静电拉伸纺丝法，与传统方法截然不同。首先将聚合物溶液或熔体带上几
千万上万伏高压静电，带电的聚合物液滴在电场力的作用下毛细管的Taylor锥顶点被加速。当电场力足够大时，聚合物液滴克服表面张力形成喷射细流。细流在喷射过程中溶剂蒸发或固化，最终落在接收装置上，形成类似非织造布状的纤维毡。
在静电纺丝过程中，液滴通常具有一定的静电压并处于一个电场当中，因此，当射流从毛细管末端向接收装置运动时，都会出现加速现象，从而导致了射流在电场中的拉伸。
2、静电纺丝中射流的不稳定性
不稳定性是一种所谓的传递现象，即导致流动不稳定性的每一种模式可能起源于某一扰动或涨落，它会随时间以不同速率而扩大。静电纺丝中有3种不稳定性，第一种是黏性不稳定性，主要是毛细力与黏性力的作用引起的。另外两种不稳定性是电的本质引起的。其一为轴对称的曲张不稳定性，即表面电荷密度在切向电场中受到的力而引起，这种力与粘度协调作用引起丝的轴对称形变和流动；其二为非轴对称的弯曲不稳定性，即流体的偶极和电荷发生涨落，在电场中轴的法向上受力产生弯曲。静电纺射流可能表现出某一种或多种不同的不稳定性模式，取决于射流速度、半径和表面电荷密度等基本参数。
近年来静电纺丝理论研究主要采用最简化的线性近似分析，而研究这些不稳定性对于深入研究静电纺丝过程具有重要意义。
机控网3、静电纺丝的影响因素
静电纺丝法制备纳米纤维的影响因素很多，这些因素可分为溶液性质，如粘度、弹性、电导率和表面张力；控制变量，如毛细管中的静电压、毛细管口的电势和毛细管口与收集器之间的距离；环境参数，如溶液温度、纺丝环境中的空气湿度和温度、气流速度等。其中主要影响因素包括：
⑴聚合物溶液浓度。聚合物溶液浓度越高，粘度越大，表面张力越大，而离开喷嘴后液滴分裂能力随表面张力增大而减弱。通常在其他条件恒定时，随着浓度增加，纤维直径增大。
⑵电场强度。随电场强度增大，高分子静电纺丝液的射流有更大的表面电荷密度，因而有更大的静电斥力。同时，更高的电场强度使射流获得更大的加速度。这两个因素均能引起射流及形成的纤维有更大的拉伸应力，导致有更搞的拉伸应变速率，有利于制得更细的纤维。
密封套
⑶毛细管口与收集器之间的距离。聚合物液滴经毛细管口喷出后，在空气中伴随着溶剂挥发，聚合物浓缩固化成纤维，最后被接收器接收。随两者间距离增大，直径变小。
⑷静电纺丝流体的流动速率。当喷丝头孔径固定时，射流平均速度显然与纤维直径成正比。
⑸收集器的状态不同，制成的纳米纤维的状态也不同。当使用固定收集器时，纳米纤维呈现随机不规则情形；当使用旋转盘收集器时，纳米纤维呈现平行规则排列。因此，不同设备条件所生成是纤维网膜不同。
4、静电纺丝的高聚物
目前静电纺丝技术已经用于几十种不同的高分子聚合物。如聚酯、聚酰胺、聚乙烯醇、聚丙烯腈等柔性高聚物的静电纺丝，也包括聚氨酯弹性体的静电纺丝及液晶态的刚性高分子聚对苯二甲酰对苯二胺等的静电纺丝。
二、静电纺丝的发展历程
洗手器
1966年，申请了由静电纺丝法制备超薄、超轻无纺布织物的专利。1981年，对聚乙烯和聚丙烯进行了熔融静电纺丝的研究。2000年，首次采用流体动力学描述静电纺丝过程，并且提出了静电纺丝的工艺参数，所建立的喷射流的数学模型，发现与实验观察具有很好的吻合。2001年，系统研究了静电纺丝过程参数如电压和溶液浓度等对聚氧乙烯超细纤维外观形貌的影响。研究了静电纺丝超细纤维的小孔结构和表面化学性能。
我国新近发展静电纺丝法，开发了一种新型的静电纺丝装置，即气流/静电纺丝装置。在喷丝上增加了供气系统，利用气流拉伸和静电力拉伸的共同作用，提高纳米纤维制备的可控性和产量。该法的产量是标准静电纺丝的几倍甚至几十倍。一种自喷射多股纳米纤维的静电纺丝新方法，将一个分层溶液体系放置于永久性磁铁或线圈形成的垂直磁场中，聚合物溶液喷射后经过电场的强力拉伸，不稳定性的弯曲和溶剂挥发后最终在上方的反电极表面形成固体纳米纤维沉淀。根据该机是世界上首台纳米纤维纺丝机，可大规模低成本生产纳米纤维材料，市场前景看好。
三、静电纺纳米纤维的应用及发展前景
1、电子器件
纳米纤维可用来制作多种纳米器件，如纳米导线、发光二极管、光电池和传感器等，还可用来将大量的纳米器件连接成一个更大规模的体系。纳米纤维具有特种聚合物分子排列，常称为“晶体缺陷”，它本身具有纳米器件功能，能平移和旋转聚合物分子。
聚合物通过静电纺丝制备成纳米纤维，不但能提高比表面积，也可以获得理想的化学性质。纳米纤维在微光电子和光电子领域具有潜在的应用价值。韩国科技学院研制成功了含有静电纺丝膜的锂电池，并申请了专利。利用掺有光电性染料和纳米半导体粒子的导电聚合物静电纺丝制成膜后，可用来开发太阳能电池。用掺有铜酞菁和Tio2纳米半导体粒子的聚丙烯腈电子纺丝后制备了一种柔软的光电膜。
2、生物医学领域
聚合物纳米纤维用于生物医学领域也是目前研究的热点。主要有以下几个方面。
⑴功能性膜：由静电纺丝法制备纳米纤维膜，该纤维膜可作为药物缓释材料，同时改变材料的组成、纤维直径等可有效控制生物材料的降解速度，并通过生物试验证实静电纺丝制得的纤维膜确有防粘连的效果。利用静电纺丝原理设计了一种医用设备，可以直接将降解
高分子材料喷在伤口上，形成一层纤维包覆膜。该膜不但能促进皮肤生长，而且伤口愈合后没有伤痕。
捕虾笼棘轮棘爪⑵细胞支架：静电纺丝形成的纳米纤维结构能够基本满足组织工程支架的要求即支撑并引导细胞增殖。用静电纺丝法制备了乙交酯/丙交酯共聚物细胞支架，他认为其结构与天然组织细胞外基质类似，具有多孔性、宽的孔径分布和良好的机械性能。研究了组织工程用胶原纳米纤维支架的制备方法。胶原共混后可以静电纺丝，在适当的温度和压力下，提纯后的Ⅰ型胶原溶解在弱酸中和聚氧乙烯共混后可以用。
