乾貨|分分鐘帶你看懂 靜電紡絲

2020-12-06 紡織導報

乾貨｜分分鐘帶你看懂 靜電紡絲

發表時間：2018/7/5

靜電紡絲即在高壓靜電下用聚合物溶液進行紡絲的過程。靜電紡絲可以製備直徑在幾十到幾百納米的纖維，產品具有較高的孔隙率和較大的比表面積，成分多樣化，直徑分布均勻，在生物醫學、環境工程以及紡織等領域具有很高的應用價值。



原理

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。在細流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。



裝置

靜電紡絲的裝置主要由推進泵、注射器、高壓電源以及接收裝置組成。其中，高壓電源的正極與負極分別與注射器針頭和接收裝置相連，而接收裝置的形式也是多樣化的，可以是靜止的平面、高速轉動的滾筒或者圓盤。紡絲的參數設置、環境條件等對紡絲過程的影響至關重要。



高聚物

目前靜電紡絲技術已經可用於幾十種不同的高分子聚合物，既包括聚酯、聚醯胺、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醯對苯二胺等的靜電紡絲。



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，如黏度、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間的距離；環境參數，如溶液溫度、紡絲環境中的空氣溼度和溫度、氣流速度等。


溶液黏度對纖維性能的影響


同軸靜電紡絲

同軸靜電紡是在靜電紡的基礎上改造而來，其基本原理是在兩個內徑不同但同軸的毛細管中分別注入芯質和殼質溶液，二者在噴頭末端匯合，在電場力的作用下固化成為複合納米纖維。



同軸靜電紡絲解決了紡絲時紡絲液必須是均一體系的缺陷，所製備的同軸纖維在均勻性、連續性上都優於其它方法得到的纖維。採用同軸靜電紡絲的方法可以製得中空纖維和納米複合纖維等。



應用

靜電紡絲技術製備的納米纖維，具有比表面積大、孔隙率高、尺寸容易控制、表面易功能化（如表面塗覆、表面改性）等特點，在許多領域都有重要的應用價值。



靜電紡絲納米纖維在過濾以及個體防護方面可以用於水處理、防護服、口罩等；在傳感器領域可以用作電阻傳感器、光學傳感器等；在化工領域可以用於催化劑等；在生物醫學領域可以用於傷口敷料、組織工程支架、藥物載體等。



（來源：紡織導報官微）


相關焦點

  • 靜電紡絲納米纖維:「萬能」的薄膜
    類似於生料帶一樣的東西擺在桌子上時，記者還沒意識到，這些材料可能是很多產業的未來，而面前這個戴著眼鏡嗓音洪亮的北京服裝學院最年輕的教授，也是目前國內唯一可以將其高效低成本批量化生產的人。 　　要得到這樣的纖維膜需要通過靜電紡絲技術。靜電紡絲是一種能夠直接、連續製備聚合物納米纖維的方法，它可以將聚酯、聚氨酯、聚乙烯等聚合物，紡制出直徑範圍從小於3 納米到超過1微米的超細纖維，並沉積在接收板上得到無紡布。 　　「普通編織是把線絲用機械力牽拉編制，靜電紡絲是先將聚合物溶液加上三萬伏特高壓，使其極化，然後在電場力的作用下把材料拉出來紡織。」
  • 靜電紡絲的世界越來越精彩!
    來源：創業邦北京永康樂業科技發展有限公司是集靜電紡絲高新技術研發和設備生產為一體公司，技術合作單位是清華大學化學工程系高分子材料研究所。公司經過多年技術積累於2010年推出核心產品之一「納米靜電紡絲設備」整合了國內外最成熟的技術資源並結合自主研發的新功能實現設備定型一體化。 公司於2011年獲得北京市海澱區及科技部中小企業專項基金資助。
  • 探討靜電紡絲技術的研究進展
    介紹了近年來靜電紡絲技術及其應用的研究進展，對靜電紡絲的原理、影響因素等方面進行了綜述，對靜電紡絲技術在未來的應用提出展望。 　　關鍵詞：靜電紡絲;納米纖維;進展 　　引言 　　納米纖維嚴格意義上是指纖維直徑小於100nm的超微細纖維。它具有比表面積大、孔隙率高等特點，因而可廣泛應用於高效過濾材料、生物材料、高精密儀器、防護材料、納米複合材料等領域。
  • 靜電紡絲納米纖維有哪些優點?
    而靜電紡絲技術生產的納米纖維涵蓋了包括聚合物、陶瓷、金屬等上百種材料，並且可以實現多種材料複合紡絲，大大提高了納米纖維的多樣性以及拓寬了納米纖維的運用途徑，靜電紡絲所生產的納米纖維直徑在 5nm-10μm 之間，可以通過調控紡絲參數來實現對纖維直徑的控制。靜電紡絲技術所生成的納米纖維形貌可以從無序的納米纖維膜，到直線型的納米纖維，到可圖案化控制的納米纖維，分別如下圖所示。
  • 靜電紡絲產業發展現狀與上海未來發展方向
    編者按靜電紡絲技術是一種亞微米、納米級纖維的製備技術，它擴展了纖維的功能性。本文介紹靜電紡絲技術發展現狀，對上海提出建議。靜電紡絲技術原理圖靜電紡絲法始於1934年，美國人福馬斯第一次公開了利用高壓靜電製備納米纖維的專利技術；但在此後的60年裡，靜電紡絲並未引起廣泛關注，對其研究也主要集中在裝置改進上，發展緩慢；直到20世紀90年代，美國阿克隆大學Reneker研究小組對靜電紡絲的工藝和應用展開了全面研究，引起了科研工作者極大的興趣，自此靜電紡絲獲得飛速發展。
  • Matter| 靜電紡絲的下一步發展是什麼?
    靜電紡絲（Electrospinning, ES）是一種功能強大、可擴大化的合成技術，能夠生產直徑從納米到微米範圍的聚合物纖維，已被廣泛研究並成功應用了100多年。21世紀以來，隨著納米技術重要性的日益增加，電紡技術受到了科學界和工程界的極大關注。簡單來說，靜電紡絲是一種通過靜電力將帶電的聚合物熔體拉成纖維的技術。
  • 靜電紡絲研究這麼熱,其工業化程度究竟如何?
    靜電紡絲研究這麼熱，其工業化程度究竟如何？
  • 技術研究:靜電紡絲技術製備碳納米纖維
    靜電紡絲是紡絲聚合物溶液形成納米纖維的簡單方法，由於碳纖維通常由碳化聚合物製備，因此，靜電紡絲是製備用於碳化的聚合物納米纖維的有效方法。聚丙烯腈（PAN）是製備碳纖維最常用的聚合物，且靜電紡絲製備PAN納米纖維被證明是一個簡單的過程，因為PAN容易溶解於N，N-二甲基甲醯胺（DMF）中，並且不需要對形成纖維的裝置進行任何改變[Gu等，2005]。
  • 北京潘凱和殷麗君講述靜電紡絲/靜電噴霧技術合理設計水凝膠結構
    因此，基於E-spin/E-spray技術對於製備各種尺寸和形貌可調的材料結構具有重要價值，本文綜述了靜電紡絲/靜電噴霧（E-spin/E-spray）技術在水凝膠結構設計中的潛力。本文不僅為全面認識E-spin/E-spray技術的結構設計能力提供了參考，也為利用E-spin/E-spray技術製備不同結構的水凝膠提供了前瞻性的思路。
  • 楊傳芳小組以靜電紡絲技術製備水過濾膜—新聞—科學網
    本報訊 靜電紡絲是一種製備納米纖維的重要手段，在空氣淨化、電池隔膜和生物醫學方面有重要應用。
  • 靜電紡絲技術讓活性分子＂活＂起來
    近年來，一種更高效的加工技術逐漸成為熱點，它利用靜電作用力將高分子聚合物轉變成微納米級超細纖維，從而提高包埋的效果。靜電紡絲技術最早由Formhals於1934年提出，它是由擠壓技術發展而來，當高聚物溶液以一定流速被擠出注射器針頭於直流高壓靜電場下時，針尖液滴會向最近的低電勢點方向伸展，從而形成泰勒錐結構。
  • MME:靜電紡絲法製備仿生毛細血管
    美國德州理工大學譚卓（George Z Tan）團隊利用芯鞘式靜電紡絲法將聚己內酯（PCL）溶液製作成表面帶有納米孔的微米管以模擬有孔毛細血管。該微米管在形態結構上與人體毛細血管相近。這項研究為人造器官組織血管化提供了新的工具。
  • 靜電紡絲之您想知道系列—PAN(聚丙烯腈)
    目錄 4.常見紡絲問題及解決方法聚丙烯腈（英文：Polyacrylonitrile，PAN）是由單體的丙烯腈經過自由基聚合反應而得到高分子材料。聚丙烯腈為白色粉末狀，密度為1.14-1.15g/cm，玻璃轉化溫度約為95℃，熔化溫度為322℃。
  • 盤點生物降解性高分子靜電紡絲材料在生物醫用領域的應用
    目前在生物醫學領域應用佔絕對優勢的是生物降解性高分子，通過靜電紡絲製備成納米纖維，可用於組織工程支架材料、新型藥物釋放載體以及納米模板材料等領域。目前已經商品化的PGA纖維都是採用熔融擠出的方法獲得，利用靜電紡絲來製備PGA 納米纖維有兩個困難，首先PGA的熔點較高和熱可降解性，使其難以採用熔體靜電紡絲方法製得；其次PGA不溶於常規的有機溶劑，溶液的紡絲溶劑可選擇範圍窄，難以尋找到合適的溶劑。目前，已有研究通過採用特殊的溶劑，如六氟異丙醇，以及其他方法解決了這兩大問題。
  • 號外:靜電紡絲終於上Science了!
    本期由《靜電紡絲學術前沿》與《納米人》合作對文章進行深度解析！ 靜電紡絲技術，我猜大家應該都知道吧。簡單來說，靜電紡絲技術是一種材料加工技術，能夠製備出直徑從幾納米至幾微米的連續納米纖維。PS：其實，熟不熟悉靜電紡絲也沒關係，這篇文章只是研究基於電紡納米纖維膜的一種現象。 相信做電紡的小夥伴們一定有把纖維膜泡進水裡的經歷吧，很多時候都是形成一坨類似鼻涕一樣的東西吧，黏糊糊，噁心至極。
  • 北京大學劉永暢&李平綜述鈉離子電池中靜電紡絲電極材料研究進展
    靜電紡絲作為一種簡單、通用、經濟的技術，可以實現結構可控、形貌均勻的一維納米材料的合成。更重要的是，通過靜電紡絲製備的一維納米材料通常會連接成一個三維網絡，這將大大提高結構的穩定性，有利於離子/電子的傳輸。靜電紡絲這些獨特優勢，在過去十年中，與靜電紡絲SIBs電極材料相關的文獻數量有了很大的增長（表1）。
  • 靜電紡絲之您想知道系列—PLA(聚乳酸)
    靜電紡PLA流程 （1）紡絲材料：PLA顆粒或粉末，分子量6萬-50萬；DMF（或e二氯甲烷）溶劑，分析純。（2）實驗儀器：50mL錐形瓶、磁力攪拌器、水浴鍋、電子天平、E05靜電紡絲機/MF04-002量產設備。
  • 靜電紡絲製備核-殼結構導電型形狀記憶纖維膜
    基於靜電紡絲技術，將形狀記憶聚合物及其複合材料製備成纖維結構，實現熱、電、光、PH、水、磁及電效應等激勵變形過程，在生物醫療、智能紡織、傳感、驅動等方面應用廣泛。導電型形狀記憶聚合物作為一類功能材料在傳感器和致動器中起著重要作用，在實際應用中高導電率和響應速度是必要的。
  • 北航趙勇教授、王女副教授課題組:靜電紡絲製備多級結構微/納米複合纖維及其應用
    其中靜電紡絲技術由於特殊的多級微/納米複合結構和靈活的材料組成，提供了一種製備超浸潤表面的有效途徑。電紡多級結構微納米纖維形貌圖靜電紡絲技術是一種利用靜電拉伸製備直徑範圍在幾納米到幾微米之間的超細纖維的技術。通過調控靜電紡絲過程中的實驗參數，如溶液性質、施加電壓和環境參數等，可以製備具有多種結構的電紡纖維，實現外部形貌和內部形貌的調控。
  • 過程工程所在卷式靜電紡絲納米纖維膜研究方面取得進展
    靜電紡絲是一種製備納米纖維的重要手段，在空氣淨化、電池隔膜和生物醫學方面有重要應用。