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静电纺丝法即聚合物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至上万伏高压静电,带电的聚合物液滴在电场力的作用下在 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。[1]

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问的距离;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:    1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。通常在其它条件恒定时,随着浓度增加,纤维直径增大。    2 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,导致有更高的拉伸 应变速率,有利于制得更细的纤维。

3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。    4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。    5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的纤维网膜不同。[2]

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,即因表而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,而研究这些稳定性对于深入研究静电纺丝过程具有重要意义。

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 弹性体的静电纺丝以及 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。

参考文献