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靜電紡絲法即聚合物噴射靜電拉伸紡絲法,與傳統方法截然不同。首先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。細流在噴射過程中溶劑蒸發或固化,最終落在接收裝置上,形成類似 非織造布狀的纖維氈。在靜電紡絲過程中,液滴通常具有一定的靜電壓並處於一個電場當中,因此,當射流從毛細管末端向接收裝置運動時,都會出現加速現象,從而導致了射流在電場中的拉伸。[1]
靜電紡絲的影響因素
靜電紡絲法製備 納米纖維的影響因素很多,這些因素可分為溶液性質,如粘度、彈性、 電導率和表面張力; 控制變量,如毛細管中的靜電壓、毛細管口的 電勢和毛細管口與收集器之問的距離;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。其中主要影響因素包括: 1聚合物溶液濃度 聚合物溶液濃度越高,粘度越大,表面張力越大,而離開噴嘴後液滴分裂能力隨表面張力增大而減弱。通常在其它條件恆定時,隨着濃度增加,纖維直徑增大。 2 電場強度 隨電場強度增大,高分子靜電紡絲液的射流有更大的表面電荷密度,因而有更大的靜電斥力。同時,更高的電場強度使射流獲得更大的加速度。這兩個因素均能引起射流及形成的纖維有更大的 拉伸應力,導致有更高的拉伸 應變速率,有利於製得更細的纖維。
3毛細管口與收集器之間的距離 聚合物液滴經毛細管口噴出後,在空氣中伴隨着溶劑揮發,聚合物濃縮固化成纖維,最後被接收器接收。隨兩者間距離增大,直徑變小。 4靜電紡絲流體的流動速率 當 噴絲頭孔徑固定時,射流 平均速度顯然與纖維直徑成正比。 5收集器的狀態不同,製成的納米纖維的狀態也不同 當使用固定收集器時,納米纖維呈現隨機不規則情形;當使用旋轉盤收集器時,納米纖維呈現平行規則排列。因此,不同設備條件所生成的纖維網膜不同。[2]
不穩定性
是一種所謂的 傳遞現象,即導致流動不穩定性的每一種模式可能起源於某一擾動或漲落,它會隨時間以不同速率而擴大。靜電紡絲中有3種不穩定性,第一種是黏性不穩定性,主要是 毛細力與黏性力的作用引起的。另外兩種不穩定性是電的本質引起的其一為 軸對稱的曲張不穩定性,即因表而電荷密度在切向電場中受到的力而引起,這種力與粘度協調作用引起絲的軸對稱形變和流動;其二為非軸對稱的彎曲不穩定性,即流體的偶極和電荷發生漲落,在電場中軸的法向上受力產生彎曲。靜電紡射流可能表現出某一種或多種不同的不穩定性模式,取決於射流速度、半徑和表面電荷密度等基本參數。近年來靜電紡絲理論研究主要採用最簡化的 線性近似分析,而研究這些穩定性對於深入研究靜電紡絲過程具有重要意義。
高聚物
目前靜電紡絲技術已經用於幾十種不同的 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。