现代纺织工艺.docx

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1、安徽工程大学现代纺织工艺班级：纺织研12姓名：姚敏学号：2120340104学院：纺织服装学院6静电纺丝制备纳米纤维的现状1国外静电纺丝制备纳米纤维的讨论现状静电纺丝这种思路60a前就产生了。20世纪90年月初美国阿克伦高校 的Reneker和他的同事对这项技术又产生了爱好，然而对静电纺丝的大量试验 工作和深化的理论讨论，却是近10a中随纳米纤维的开发才完成的。当前，静 电纺丝已经成为纳米纤维的主要制备方法之一。对静电纺丝的讨论较深化而且涉 及到很多方面，Fong H.等讨论了静电纺纳米纤维的形成，具体分析射流的过程 变化，Bunyan N.等讨论了在牵伸过程中纳米纤维的形态、取向及沉积的变化

2、， 重新设计工艺来掌握纳米纤维的在接受装置上的沉积，具体工艺是通过对射流路 径、接受装置的设计和熔体性质的掌握来实现的。JunZ.等讨论了静电纺丝中表 面张力，溶液粘度，溶液传导率，聚合物玻璃态转变温度对纤维外形尺寸的影响, 觉察其中溶液粘度的影响最大。Greiner A.具体分析了影响静电纺丝制造出的纳 米纤维的外形的几乎全部的参数。6.2国内对静电纺丝的讨论现状目前，国内只有中国纺织科学讨论院张锡伟等人采纳过静电纺丝法，纺制 纳米纤维聚丙烯睛纤维毡，聚丙烯月青纤维是制备碳纤维的主要原料，将纳米级聚 丙烯睛纤维毡经过预氧化及氧化加工后可制成纳米级碳纤维毡，碳纤维越细，碳 纤维复合材料的粘合性

3、能就越好。文献中采纳的原料是高分子溶液，电压30- 60kV,喷头孔径纺丝工艺条件与纤维的直径及初生纤维的溶剂残留量的关系， 纺出的纤维直径在200nm到500nm之间。东华高校目前也在做纳米纤维的探究讨论工作，图2是我们静电纺丝所 得纳米纤维的扫描电镜。我们将对其特性做进一步讨论。图2纳米纤维的扫描电镜图7进展前景展望纳泰纤维具有特别特殊的性质，在传统工业和高科技领域已有很好的应 用并具有特别广的开发潜力。陶瓷纳米纤维或由聚合物原料制成的纳米碳纤维将 纳米纤维的应用延长到了高温柔高模量材料。静电纺丝技术是得到纳米纤维最重 要的基本方法，该技术生产高性能聚合物纳米纤维的工艺流程简洁，能普遍适

4、用于现有的聚合物和生物高分子溶液或者熔体。然而，当前的静电纺丝技术还不 成熟，仍旧存在很多需要解决的问题，比方电纺纳米纤维质量掌握问题，静电 纺丝产量很低，纳米纤维的力学性能表征等。静电纺丝技术制得的纤维均是以无纺织物的形式得到的，其用途范围相对 较小。在电纺的过程中，由于聚合物射流的飞行轨迹是特别简单的三维抖动，获 得单根纳米纤维或单轴的纤维束特别困难。目前世界上众多的讨论者做了大量的 讨论，采纳转变收集装置的方法来获得取向结构尽量全都的纳米纤维,如用旋转 的收集筒，双收集屏或更多收集屏等取得了一些成效。随着静电纺丝设施的不断 完善和提高，大规模低本钱的生产纳米纤维材料成为可能，所以静电纺丝

5、技术 的进展前景一片光明。参考文献：1 赵成功，黄勇.纤维素科学与技术，2002 , 10 (3) : 5359.2 Tsaia P P , Schreuder2Gibson H , Gibson P. J Electrostat, 2002,54 : 333 341.3 Jin HJ , Fridrikh S V , Rutledge G C , Kaplan D L Biomacromolecules , 2002 , 3 (6): 1233 1239.4 Kwoun S J , Lee R M, Han B , Ko F K. In : Proceedings of the IEEE 2

6、7th Annual Northeast Bioengineering Conference , 2001,910.5 胡平，张璐，方壮熙，等.纺织科学讨论，2004 , 2 : 2632.11 Xu C Y, Inaic R , Kotakib M, Ramakrishna S. Biomaterials , 2004,25 : 877886.6 Boland E D , Wnek G E , Simpson D G, et al. J Macromol Sci Pur Appl Chem , 2001 , A38 (12): 1231 1243.7 Huang ZM, Zhang Y Z,

7、 Kotaki M, Ramakrishna S. Compos Sci Technol, 2003,63 : 22232253.8 Theron A , Zussman E , Yarin A L. Nanotechnology , 2001,12 : 384390.9 袁晓燕，董存海，赵瑾，姚康德.天津高校学报，2003 , 36 (6) : 707709.10 安林红，王 跃.纳米纤维技术的开发及应用J ,当代石化工，2002 , 10 (1) :41245.11 黄 伟.电子纺丝:探究纳米纤维J .国外纺织技术,2002 , (9) :1.12 张锡玮，等.静电纺丝法纺制纳米级聚丙烯盾

8、纤维行迁毡J .塑料，2000 ,29 (2) : 16219.13 Iksoo C. Fine fibers spun by electrospinning process from polymer melts inair and vacuum Characterization of structure and morphology of electrospun fibersand developing a new process models C . Dissertation , University of Akron ,1995.14 肖长发,电子纺丝成形及纤维形态结构讨论J .高科技纤

9、维与应 用，2003 ,28 (1) ; 10214.15 Thom pson C J, Chase G G, Yarin A L. E ffects of param eters onnanofiber d iam eter d eterm in ed from electrosp inn ing model J .Polym er, 2007, 48 (23): 6913 692216 Fong H, Chun I, R eneker D H, et a.l B ead ed n anofib ers form edduring electrospinn ing J . Polym er,

10、 1999, 40 ( 16 ): 4585 459217 S atya Sh ivkum a G E. B cad s tructurc variations du ring clcctrosp inn ing of polystyren e J . M ate Sc,i 2006, 41: 5704 570823Y u J, Q iu Y, Zha X, et a.l Product ion of aligned helical polymer nanofibers by electrospinn ing J . Eu r Po lym J, 2022, 44 ( 9 ):2838 284

11、4Kosk iA, Y im K, Sh ivkum ar S. E ffect ofm olecu lar w eigh t on fibrou s PVA produced by electrosp inn ing J . Mater let t, 2004, 58( 3 4): 493 49718 Jeong J S, Jeon S Y, Lee T Y, et al .Fabrication of MWNTs/nylon conductive composite nanof ibers by electrospinning J . Diamond& RelatedMat erials,

12、 2006, 15: 1839-1843.19 Chronakis I S.Novel nanocomposites and nanoceramics based on polymer nanofibers using electrospinning process: A review J . Journal of Mat erials Processing Technology, 2005, 167: 283- 193.20 Lala N L, Ramaseshan R,Li Bojun, et al. Fabricat ion of nanofibers with ant imicrobi

13、al functionality used as filters: Protection against bacterial cont aminants J. Biological and Bioengineering, 2007, 97( 6 ): 1357-1365.21 Tomer V,Teye-Mensah R,Tokash J C, et al. Selective emitt ers for thermophotovolt aics: erbiamodif ied elect rospun t itania nanofibers J . Solar Energy Materials

14、 and Solar Cells, 2005, 85: 477- 488.23刘艳，夏宁，陈日耀，等.静电纺丝法制备ZnO纳米纤维及其光 催化性能的讨论J.福建师范高校学报，2022, 24( 1) : 66- 69.24黄争鸣，杨爱昭.将源药包覆到聚己内酯超细纤维的芯部J.高分子学报，2006( 1) : 48- 52.25 Hou H, Jun Z,Reuning A, et al .Poly( p-xylylene) nanotubes by coating and removal of ultra-thin polymer tempi at e fibers J .Macromolec

15、ules, 2002, 35: 2429.26 Sen R, Zhao B, Perea D, et al .Preparat ion of single-walled carbon nanotube reinforced polystyrene and polyurethane nanof ibers and membranes by electrospinning J . Nano Lett, 2004, 4: 459- 464.27 Fong H, Reneker D H. Elastomeric nanof ibers of styrene-butadiene-styrene trib

16、lock copolymer J . Journal of Polymer Science Part B: Polymer Physics, 1999, 37: 3488- 3493.28李晋，陈正平.橡胶型压敏胶的研制J.粘接，1993, 14 ( 1 ) : 20 -21.29费永诚.溶剂型丙烯酸酯压敏胶的讨论J.化学工业与工程技术， 2003, 24 ( 1) : 4- 6.30 丁玉兴，温守东.丙烯酸酯压敏胶粘剂的合成J.承德石油高等专 科学校学报，2001, 3 ( 3): 28- 30.31胡孝军，朱文强，张泽民.无溶剂型丙烯酸酯压敏胶的讨论进展J.合成材料老化与应用，2022,

17、38 ( 4) : 31 - 34.32杨玉良,压敏胶粘剂M .北京：科学出版社，1991: 148- 210.33张爱清.压敏胶粘剂M .化学工业出版社，2003: 136- 137.34张军营.丙烯酸酯胶黏剂M.北京：化学工业出版社，2006: 264-271.35刘克祥，刘敏，张书香,溶剂型聚丙烯酸酯压敏胶的讨论J.山东 化工,2022( 37) : 20- 2336徐康林，唐安斌.丙烯酸酯压敏胶的研制J .化工技术与开发，2022, 39( 7) : 13- 15.静电纺丝摘 要:静电纺丝是一种新技术,它可制备出直径为纳米级的丝,最小直径可至1 纳米。介绍了电纺丝制备原理、设施、影响纤

18、维性能的主要工艺参数，综述了静 电纺丝技术应用的最新进展,如制备长度无限可控的微米/纳米管子、超净纳米过 滤材料等。关键词:纳米材料;纳米纤维;静电纺丝;应用ElectrospinningAbstract: Electrospinning is a new technique , which can be used to prepare nano fibers with a diameter down to 1 nm. In this paper , the theory of electro spinning technique , the equipments for preparing

19、a electrospun fiber and the technological parameters affecting the properties of electrospun fibers were introduced. The new development of the applications of electrospinning technique , such as the preparation of micro/nano tubes with controlled lengths and super-purification filtering materials ,

20、 was reviewed.Key words : nanometer material ; nanofiber ; electrospinning ; application纳米纤维主要包括两个概念:一是严格意义上的纳米纤维，是指纤维直径小 于100 nm的超微细纤维。另一概念是将纳米微粒填充到纤维中，对纤维进行改性, 也就是我们通常意义上的纳米纤维。纳米纤维有以下几种制备方法:静电纺丝法、 海岛形双组分复合纺丝法、分子喷丝板纺丝法、聚合过程中直接制造直径纳米纤 维，以及采纳直接纺丝或后整理方法将纳米粉体材料与纤维复合，制备纳米纤维的 方法。1静电纺丝技术由于超细纤维的优良性能,人们对其制造

21、方法进行了广泛的讨论,但是用 传统的纺丝方法很难纺出直径小于50。nm的纤维。而静电纺丝方法那么能够纺出 超细的纤维,直径最小可至1 nm。1.1 静电纺丝的原理将聚合物溶液/熔体置于储液管中，并将储液管置于电场，阳极插入储液管 的溶液中，阳极从高压静电场发生器导出。当没有外加电压时，由于储液管中的溶 液受到重力的作用而缓慢沿储液管壁流淌，而在溶液与储液管壁间的粘附力和溶 液本身所具有的粘度和外表张力的综合作用下,形成悬挂在储液管口液滴。电场开启时，由于电场力的作用，溶液中不同的离子或分子中具有极性的部 分将向不同的方向聚集。即阴离子或分子中的富电子局部将向阳极的方向聚集， 而阳离子或分子中的

22、缺电子局部将向阴极的方向聚集。由于阳极插入聚合物溶液 中，溶液的外表应当是布满受到阳极排斥作用的阳离子或分子中的缺电子局部，所 以溶液外表的分子受到了方向指向阴极的电场力。而溶液的外表张力与溶液外表 分子受到的电场力的方向相反。当外加的电压所产生电场力较小时，电场力缺乏 以使溶液中带电荷局部从溶液中喷出，这时储液管口原为球形的液滴被拉伸变 长。连续加大外加电压，在外界其它条件肯定的状况下,当电压超过某一临界值时, 溶液中带电荷局部克服溶液的外表张力从溶液中喷出，这时储液管口的液滴变为 锥形（被称为Taylor锥）,在储液管顶端，形成一股带电的喷射流。喷射流发生分裂, 之后，溶剂挥发，纤维固化，

23、并以无序状排列于收集装置上，形成类似非织造布的纤 维毡（网或者膜）。该方法和传统的方法明显不同,在传统纺丝中，纤维受到拉力、流变力、重 力、惯性力以及空气动力的作用。在静电纺丝中高聚物溶液或熔体那么受到电场力 的驱动，其拉伸力来自于所加电场和聚合物喷流中的电荷之间的相互作用,而传统 纺丝中拉伸力是由纺锤和卷筒产生的。在静电纺丝中，电场是打算纺丝成败的关 键因素，只有在对聚合物溶液或熔体施加几千至上万伏的高压静电后，聚合物才能 克服外表张力形成喷射细流，同时在喷射过程中随溶剂蒸发而固化,最终形成纳米 纤维，直径一般在几十纳米至几微米之间。1.2 静电纺丝的成形工艺静电纺丝技术与传统纺丝技术有着明

24、显的不同，即静电纺丝技术通过静电 力作为牵引力来制备超细纤维。图1是静电纺丝装置示意图。如下图,在静电 纺丝工艺过程中,将聚合物熔体或溶液加上几千至几万伏的高压静电,从而在毛 细管和接地的接收装置间产生一个强大的电场力。当电场力施加于液体的外表时, 将在外表产生电流。相同电荷相斥导致了电场力与液体的外表张力的方向相反。 这样，当电场力施加于液体的外表时,将产生一个向外的力,对于一个半球外形的 液滴,这个向外的力就与外表张力的方向相反。假如电场力的大小等于高分子溶 液或熔体的外表张力时,带电的液滴就悬挂在毛细管的末端并处在平衡状态。随 着电场力的增大,在毛细管末端呈半球状的液滴在电场力的作用下将

25、被拉伸成圆 锥状,这就是Taylor锥。当电场力超过一个临界值后，排斥的电场力将克服液滴 的外表张力形成射流,而在静电纺丝过程中，液滴通常具有肯定的静电压并处于 一个电场当中，因此,当射流从毛细管末端向接收装置运动的时候,都会消失加速 现象,这也导致了射流在电场中的拉伸,最终在接收装置上形成无纺布状的纳米 纤维。注的器注的器高乐电源接收林(旋弛或固定)聚合物溶液一 时击图1静电纺丝装置示意图1.3 静电纺丝的影响因素影响静电纺丝过程的因素概括起来主要有溶液性质，例如粘度、电导率、 外表张力等；可控变量，例如毛细管中的流体静压、毛细管尖端的电位以及尖端 和收集装置之间的距离；环境参数，包括温度、

26、湿度、纺丝室的气流速度等。现有的讨论结果说明，在静电纺丝过程中，影响纤维性能的主要工艺参数主 要有:聚合物溶液浓度、纺丝电压、固化距离(喷嘴到接丝装置距离)、溶剂挥发 性和挤出速度等。(1)聚合物溶液浓度,聚合物溶液浓度越高，粘度越大,外表张力越大，而离 开喷嘴后液滴分裂力量随外表张力增大而减弱。通常在其它条件不变时,随着聚 合物溶液浓度的增加纤维的直径也增大。(2)纺丝电压，随着对聚合物溶液施加的电压增大，体系的静电力增大，液滴 的分裂力量相应增加，所得纤维的直径趋于削减。(3)固化距离，聚合物液滴经喷嘴喷出后，在空气中伴随着溶剂挥发细流中 的同时，聚合物浓缩固化成纤维，最终被接丝装置接受。

27、对于不同的体系，固化距离 对纤维直径的影响不同。例如，对于PS/THF体系讨论说明，转变固化距离,对纤维 直径的影响不明显。而对于PAN/DMF体系,纤维直径随着接收距离的增大而减 小。(4)溶剂，与常规的溶液纺丝相像，溶剂的性质对溶液电的静电纺丝纤维的 成形与结构和性能有很大的影响，溶剂的挥发性对纤维的形态起着重要的作用。 L4静电纺丝的优缺点静电纺丝法简%、易操作。但是有如下缺点:第一，静电纺丝难以得到彼 此分别的纳米纤维长丝或短纤维；其次，目前静电纺丝机的产量很低；第三， 静电纺纳米纤维的强度较低。2静电纺丝的工艺参数及其纤维形态2. 1纤维成形的影响因素(1)溶液性质。包括纺丝溶液的相

28、对分子质量、溶剂挥发性、浓度、粘度、 电导率、外表张力、比热、相变热等。溶液性质是影响纤维形态和直径分布的主 要因素。（2）工艺条件。包括施加的电压、纺丝速度、喷丝头与收集板之间的距离、 纺丝液温度、毛细孔直径等。（3）环境参数。包括温度、湿度、环境气流速度等。Reneker等人讨论了 13个工艺参数对射流半径的影响，其中外表电荷密 度、固化距离、喷丝头内径、溶液松弛时间和粘度这5个因素对射流半径影响最 大；聚合物浓度、溶液的密度、扰动频率、电极、溶剂蒸发速率对其影响次之；空 气湿度、外表张力和压力分布对其影响最小。2 . 2纤维主要形态（1）串珠状纤维当射流的电荷密度减小时，毛细管的不稳定性

29、会导致圆柱状的射流团聚 成液滴，它们固化后会形成串珠状的纤维。Fong等人的讨论说明低粘度时会形成 较多的串珠，粘度增大时串珠削减，纤维的直径增大。加入盐时电荷的密度增大, 可以减小串珠的消失。有人讨论了聚苯乙烯相对分子质量及其溶液浓度对串珠结 构的影响，在其他工艺参数固定的条件下，当浓度很低，低于接触浓度时，开头 形成串珠；浓度增大，串珠的比例减小；当浓度高于缠结浓度时，串珠的比例 大大减小。（2）螺旋状纤维射流在超过肯定距离后开头摇摆做螺旋状运动，螺旋圈的直径越来越大。 液体在接触到接收屏时由于力学不稳定性会形成螺旋状的形貌，这跟工艺参数 中的电压、液体的浓度等有关。Yu等人介绍了聚己内酯

30、（PCL）的螺旋状纤维的 形成因素，觉察其与纺丝液的浓度有很大的关系，有一个最低的浓度消失。 （3）扁平状纤维射流外表由于溶剂挥发会形成一层表皮，在大气压的作用下这层表皮随 着溶剂的连续挥发,发生固化向里塌陷成椭圆，当两侧管壁趋近时，会团聚成扁 平状或其他外形。Kosk i等人用聚乙烯醇拟合弹性缩氨酸聚合物制得了扁平状纤 维。（4）分支状纤维分支状纤维是在射流的裂分时形成的，这种裂分造成射流外表的电荷分 布不匀称，稳定性下降。为降低单位面积上电荷的分布，增加丝条的稳定性，在 喷射过程中纺丝细流往往会分成更细的多股，或在已产生的细流上再分出支流。 除此之外，丝条薄壁之间的电荷会在纤维横向上产生一

31、个斥力，分子链在拉伸 的过程中横向的结合力较小，也会使丝条发生裂开产生分支。由于支流在喷射细 流的一侧产生，受力的平衡会使管壁的坍塌转化为靠支流一侧的凹陷。3 聚合物纤维制备方法目前已有多种自然 聚合物和合成聚合物通过静电纺丝技术纺成纤维。表 1列出了近年来通过静电纺丝技术制备的局部聚合物纤维及其直径分布。采用静 电纺丝法不仅可将单一聚合物纺成纤维，而且还可通过静电纺制备出聚合物复 合材料纳米纤维，如聚己内酯（PCL） /金、聚氨酯（PU） /碳管、聚乙烯醇 （PVA）/二氧化硅等复合纳米纤维。Jeong等将MWNTs进行峻基化和酰胺化 处理，与尼龙/甲酸溶液混合后，通过静电纺丝制备出具有导电

32、性能的 MWNTs/尼龙复合纳米纤维。Lala等将硝酸银溶解在DMF中，分别与聚丙烯 月青（PAN）溶液、醋酸纤维（CA）溶液、聚氯乙烯（PVC）溶液匀称混合后，通 过静电纺丝制备出具有抗菌性能的银/ PAN、银/ CA和银/PVC纳米纤维。表1近年来静电纺丝技术制备的聚：物纤维及其直径分布聚合物聚氧化乙烯（EEO）MP1A ISKSFBIDNA拟蛋白缩氨酸聚环氧乙烷十聚基胺聚丙炜.氨基甲酸国聚丙烯精聚环氧乙烷型乙场醉/醋酸锲乙基断乙基纤维素聚乙二尊聚乙二萌十聚基胺重组蛋白质弹性多肽聚乳酸聚氨酯间亚基基间笨二酰胺聚琴并咪哇聚乙饰醉聚对笨二甲酸对童二胺尼龙-6）无机微粒聚乙烯醉毗咯烷酮纤经直径分

33、布/nm2 5(MI)2 KMI)KM)左右300左右5(卜 8()(XL 3 (IM)5(2KX)(ML 5(IM)15A 4H()50 4305(K 1(1)25(7505(X1)5(2 KM)3(ML 1500JML 3(IX)50左右1CX)左右150左右3(X)左右MXL KIM)4(L 5(1)5(M)左右H l(IM)各种导电高分子2A 5（1）采用静电纺丝法还可以制备不同纤维结构和堆砌结构的纳米纤维。同济高 校的黄争鸣等采纳同轴静电纺丝法，将药物硫酸庆大霉素和白藜芦醇分别作为 可生物降解的PCL纳米纤维的核，制备得到的核-壳结构的复合纳米纤维有望 应用于外科手术的缝合线、伤口包

34、覆材料等。此外，以静电纺丝纳米纤维为模板, 采用化学或物理气相沉积法或者静电喷涂技术，在模板上涂覆一层薄壁材料，然后通过热分解或溶剂溶解去除模板，可以得到聚合物纳米管、金属纳米管和陶 瓷纳米管。目前通过静电纺丝成功制备出的聚合物纳米纤维基本上是常温下处于玻 璃态或结晶态的聚合物基体，由于这些聚合物的大分子在静电诱导下被高倍拉 伸而喷射出纤维后，在溶剂的快速挥发过程中或快速降温冷却过程中能够快速 重新转变为玻璃态或结晶态而固定下来，纤维不变形，简洁掌握纺丝过程的连 续性和稳定性。这包括采纳聚氨酯、苯乙烯-丁二烯嵌段共聚热塑性弹性体制备 的弹性纳米纤维，其中的结晶区或玻璃态区能够在溶剂挥发的同时快

35、速重新形 成，有利于纤维外形的保持。然而，对于常温处于高弹态的聚合物（如橡胶）很 少有文献讨论报道。主要缘由在于：橡胶大分子构象数多，玻璃化转变温度在 0 以下，常温下不结晶，具有高弹性，大分子链的活动力量强，分子链松弛 时间很短，造成电纺时4个问题难以解决：在喷丝过程中，溶剂快速挥发的 同时，纤维因橡胶分子的高弹形变快速回复，在喷丝口四周发生扰动，很难掌 握纺丝的连续性和稳定性，纤维外表也时常有液珠;高度拉伸的橡胶纤维因高 弹形变快速回复，造成单根纤维不连续，甚至发生断裂;纤维直径较粗（lum 以上），直径分布较难掌握；最难克服的是未交联的处于高弹态的橡胶纤维 在重力作用下外形很快发生变化，

36、瘫塌变形，特殊是在纤维搭接处易发生融并， 导致纤维堆砌在一起可能形成薄膜，难以保持纤维的形貌。Viriyabanthorn等讨 论了炭黑（250350 nm）的用量对静电纺丝丁基橡胶溶液的影响，觉察随着炭 黑用量的增加，丁基橡胶溶液的可纺性增加，纤维直径减小，纤维尺寸稳定性 增加。但是，丁基橡胶纤维的直径大局部在几微米左右，而且由于没有快速交联, 常融并成膜。在静电纺制备丁月青橡胶纤维过程中，觉察纤维形成不连续，特殊是在纤 维搭接处发生融合，直径变粗，未交联的高弹性纤维长时间停放发生断裂。正是 由于这些麻烦的问题，通过静电纺丝制备橡胶纳米纤维仍旧是一个挑战。 4应用领域静电纺丝技术是一种简便易

37、行、本钱低廉且应用广泛的纳米纤维制备方 法。在合适的条件下，可以将多种聚合物纺成纳米级别的超细纤维，并且可以在 肯定范围内掌握纤维的直径、取向以及纺织物的多孔性等特性，其纳米纤维的尺 寸为数十纳米至lum左右（一般为50500 nm）,具有独特的性能，如高比外表 积、优异的力学性能、多孔性、质量轻、本钱低等，广泛用于增加增韧聚合物制 备高性能、功能性复合材料以及过滤、医学、防护、导电和光学领域等。由于通 过静电纺丝法可以比拟简洁地制备纳米纤维。随着纳米材料在各领域的广泛应用, 静电纺丝法的应用范围也将越来越广泛。4.1膜材料通过静电纺丝技术可以一步完成微孔膜的制备，大大简化了微孔膜的制 备过程

38、，并且还可以将制备的微孔膜结构直接喷涂在各种基底上。有专利报道在 可扩展的线形框架上形成静电纺膜，以用于生物医学领域以及各种管和支架材 料。通过化学改性、交联及其他的化学处理方法可以很简洁实现静电纺微孔膜的 功能化。4. 2过滤材料为了去除空气或液体中的杂质，过滤器广泛用于家庭和工业中。环境保护 中，过滤器用于过滤空气或水中的污染物。军用中，口罩过滤器可用来过滤空气 中的灰尘，细菌甚至病毒。而静电纺丝制得的纳米纤维应用于制作过滤材料已有 一段很长的历史了。压降肯定的条件下，与传统过滤纤维相比，静电纺丝法制备 的纳米纤维对细小颗粒具有更好的吸附作用。这是由于纳米纤维四周的空气形成 了滑流，增加了

39、颗粒的弥散、截留作用，惯性碰撞几率增大。纳米纤维在超滤器中作为支持支架用来分别油和水的乳状液。电纺纳米纤 维基质是具有很好内部连通的多孔网状物，它具有很大的比外表积，所以超滤 器有很高的流出速度和优秀的有机物溶质排斥力量。静电纺丝制得的纳米纤维作为过滤材料不仅能提高过滤性能，而且它的 工作环境适应范围广，抗污染力量更强，污染物浓度适应范围更宽等特点。 4. 2生物医药功能材料静电纺丝制得的纳米纤维由于具有特别好的生物相容性和结构相容性， 已经在组织工程支架、创伤修复、药物释放掌握等方面得到了广泛应用。至今，有上百篇的文章已经发表描述了用静电纺丝纳米纤维缠结成组织支架。例如，胶原蛋白是细胞外部母

40、体的主要成分，它拥有纤维结 构包含了50500nm不等的纳米束。为了查找一种合适的支架材料，而抱负的 支架特征应当同细胞外部母体的物理化学特征和生物特征类似，很多学者在这 方面做了很多讨论。最终觉察在形态学上，静电纺丝纳米纤维缠结同人体天生的 细胞外部母体相像，因此该纳米纤维可用来应用于细胞培育和组织工程的支架 材料。静电纺丝技术使生产简单的、免缝合的三维纳米纤维支架成为可能，在该 支架内不同类型的细胞生长增殖可以形成人造组织。RiboldiStefani等人用静电纺 丝法制备出可降解的聚酯型聚氨酯纳米纤维，该纤维可用在骼的肌肉组织工程 支架，觉察无毒性残留，力学性能较好，且细胞的培育结果说明

41、，组织细胞可 以很好地粘附于静电纺丝支架上，并进行细胞分裂增殖，说明其生物相容性很 好。一项对外伤恢复状况的讨论测试显示：相对于一般的棉纱布，使用电纺 胶原蛋白纳米纤维膜会使伤口在早期恢复的更快。进行人体腹部手术时，组织粘 连不仅阻碍了后续手术的进行，而且可能引起如小肠堵塞，女子不孕症等并发 症，因此它始终是备受医学界关注的一个难题。实践证明，在静电纺丝纳米纤维 膜上添加有机抗菌剂能够起到阻碍组织粘连的作用，从而促进伤口愈合。4. 3催化剂和酶的载体纳米纤维可成为酶和一般催化剂实心载体，由于它们尺寸小、比外表积 大。Wang和他的同事已经证明可用静电纺丝纳米纤维做为酶载体。在直径为120 nm

42、的电纺纳米纤维外表化学粘结酶，从而获得了具有生物活性的电纺纳米纤 维。所制备出来的复合材料显示出在水成的和有机媒介中有很高的活性。纳米酶 纤维载体相对于纳米酶颗粒载体，可很简洁的从反响系统中收回。除了作为酶载 体，纳米纤维同样被用来作为一般催化剂的载体。例如，在Si纳米纤维中加入Ag 纳米颗粒，其合物Ag-Si纳米纤维能促进NaBH4作作用，从而削减亚甲基蓝的 分解。4. 4传感器材料一个好的传感器除了需要高的灵敏度、选择性和牢靠性，还需要体积小、 加工费用低和多样的功能。传感器具有越大的比外表积和越高的孔系结构，那么灵 敏度越高、反响速度越快。静电纺丝法制备的纳米纤维特征恰恰符合前面所说的

43、要求，因此用纳米纤维结构来构成高灵敏度和快速反响的传感器是特别有盼望 的。Aussaw asath ien等人将L iC104和PEO混合，然后进行静电纺丝，纳米丝 制得湿度传感器-他们还将掺杂了聚苯胺PANI的磺酸与聚苯乙烯混合进行静电纺 丝，得到对，H2O2和葡萄酸敏感的传感器。4.5电极材料PV dF电纺纳米纤维膜已经在被讨论作为分别器应用到锂电池上。PVdF纳 米纤维膜具有较高摄取电解质溶液的力量(320%350% )和高的离子导电性。 用等离子聚合技术在PV dF纳米纤维外表制得一层薄的聚乙烯层,通过溶化聚乙 烯就能在纳米薄膜外表形成一个挡板，从而增加电池的平安性。除了应用到锂离子电

44、池上，电纺纳米纤维TiO2还能作为活性电极而应 用到染剂敏感太阳能电池上。据有关报道，电纺纳米纤维TiO2电极具有多孔结 构，所以能有效渗透黏性的聚合物凝胶电解液。经讨论觉察：相对于液体电解液, 聚合物凝胶电解液产生光电流高了90%。为了增大短路电流强度，电纺TiO2电 极需要在TiC14水溶液中进行外表处理，以在纤维外表形成一层金红石型TiO 层。金红石型TiO2层能够增大活性TiO2的体积分数，从而增大光电流。4. 6增加材料电纺纳米纤维如聚苯并咪理(PBI),加入到环氧树脂和橡胶中能够起到 增加作用，主要是由于其比外表积大，分子排列有序性好，多根纳米纤维形成 缠结，发生了机械互锁。这种填

45、充料的加入不仅能够提高基体材料的的断裂韧性 和杨氏模量，而且能提高其剪切强度。但是，由于目前电纺纳米纤维生产率尚低, 与其他类似作用替代物相比，其工业应用投资相对较高。4. 7吸音材料电纺纳米纤维还具有优异的吸音性能，能够汲取较宽频率范围的声波， 尤其对于低于1000 Hz的低频声波汲取效果明显。E Im arco公司制造的电纺纳米 材料就具有良好的吸音效果，且其重量仅为具有同等吸音效果的传统吸音材料 的 1 /3o 5工业化问题静电纺丝方法的工业化面临2个最大的难题:静电纺丝工艺的稳定掌握, 包括聚合物材料的可纺性、纺丝过程的连续性和稳定性，以及纤维取向掌握等； 批量化生产的设施与装置。大多

46、数静电纺纤维都以无纺织物的形式存在，应用 范围相对较小。为了扩大应用范围，需要收集得到平行排列的纤维。Jaeger等设 计了双阳极的静电纺丝装置，以掌握纺丝过程的稳定性。采纳此装置得到了排列 方向较为全都的纤维，并且缩小了收集器上收集到的纤维的聚集面积。Wnek和 Simpson设计了一种旋转滚筒接收器，制备了具有肯定程度取向的聚乳酸纳米纤 维和I型胶原蛋白纳米纤维。但是，这种纤维的取向度不高，假如要得到完全平 行排列的纤维，需要转筒有很高的转速，不过这样会破坏溶液射流。Theron对旋 转转筒接收器进行了改进，设计出一种铁饼型收集器，采纳这种方法制备PEO 纤维是取向排列的。为了获得单根纳米纤维，Huang进展了此外一种收集平行排 列纤维的方法，就是将矩形框架放置于溶液射流下方，这种方法也可以制备出 具有肯定取向程度的纤维。此外，Li等报道了一种平行电极收集器，也可以制 备平行取向排列的纳米纤维。为了增加静电纺丝的产量，讨论者提出访用多喷嘴 同时纺丝。吴大诚等在喷丝头上增加了供气系统，采用气流拉伸和静电力拉伸的 共同作用，提高了纳米纤维制备的可控性和产量。该法的产量是标准电纺的几倍 甚至几十倍。目前，静电纺丝技术还处于试验室讨论阶段，纤维产量低，难以实 现批量化生产，还没有实现真正的工业化。