電紡絲(electrospinning)又稱靜電紡絲(electrostaticspinning),是一種利用聚合物溶液或熔體在強(qiáng)電場作用下形成噴射流進(jìn)行紡絲加工的工藝。近年來,電紡絲作為一種可制備超精細(xì)纖維的新型加工方法,引起了人們的廣泛關(guān)注。理論上,任何可溶解或熔融的高分子材料均可進(jìn)行電紡絲加工。目前世界上已成功進(jìn)行電紡絲加工的聚合物超過30種,包括DNA、膠原、絲蛋白等天然高分子,以及聚氧乙烯、聚丙烯腈、聚乳酸、聚酰亞胺、尼龍、聚乙烯醇、聚己內(nèi)酯、聚氨酯等合成高分子。

　　原理

　　在電紡絲過程中,噴射裝置中裝滿了充電的聚合物溶液或熔融液。在外加電場作用下,受表面張力作用而保持在噴嘴處的高分子液滴,在電場誘導(dǎo)下表面聚集電荷,受到一個(gè)與表面張力方向相反的電場力。當(dāng)電場逐漸增強(qiáng)時(shí),噴嘴處的液滴由球狀被拉長為錐狀,形成所謂的“泰勒錐”(Taylorcone)。而當(dāng)電場強(qiáng)度增加至一個(gè)臨界值時(shí),電場力就會(huì)克服液體的表面張力,從泰勒錐中噴出。噴射流在高電場的作用下發(fā)生震蕩而不穩(wěn),產(chǎn)生頻率極高的不規(guī)則性螺旋運(yùn)動(dòng)。在高速震蕩中,噴射流被迅速拉細(xì),溶劑也迅速揮發(fā),最終形成直徑在nm級(jí)的纖維,并以隨機(jī)的方式散落在收集裝置上,形成無紡布。

　　電紡絲設(shè)備產(chǎn)業(yè)化現(xiàn)狀

　　2003年9月,捷克利貝雷茨大學(xué)與Elmarco公司合作,研制出了世界上首臺(tái)納米纖維紡絲機(jī)-納米蜘蛛。納米蜘蛛取消了傳統(tǒng)電紡中的噴絲頭,取而代之的是一個(gè)圓筒,圓筒被部分浸入到聚合物溶液中,不斷轉(zhuǎn)動(dòng)并在電場作用下形成無數(shù)Taylor錐,Taylor錐噴射射流群形成納米纖維,將生產(chǎn)效率由傳統(tǒng)的單噴絲頭紡絲機(jī)的011~1g/h提高到1~5g/min,并能生產(chǎn)寬幅超過1m的大面積無紡布,為未來電紡絲納米纖維的大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)打下了良好的基礎(chǔ)。

　　目前全球參與電紡絲產(chǎn)品研制開發(fā)的大型公司和企業(yè)約有幾十家,如Elmarco公司、Freudenberg公司、Donalson公司、日本的株式會(huì)社、美國的STARInc.公司和eSpin公司等。我國目前電紡絲科研技術(shù)處于世界先進(jìn)水平,但一直沒有形成規(guī)模的工業(yè)生產(chǎn)。其中，永清華源生物材料科技公司生產(chǎn)的HY-1型靜電紡絲設(shè)備，在國內(nèi)和日本加多公司的neu型形成鮮明的對(duì)比。HY-1型電紡絲設(shè)備把傳統(tǒng)的機(jī)械操作分布式功能，利用數(shù)控機(jī)械裝置集成化實(shí)現(xiàn)。在紡絲過程中，通過推注，往復(fù)平移等控制系統(tǒng)對(duì)液體流速進(jìn)行精確控制。實(shí)現(xiàn)了真正操作簡單、可重復(fù)性、小規(guī)模生產(chǎn)批量化的特點(diǎn)。目前，該公司已研制出了國內(nèi)首臺(tái)納米纖維大型紡絲機(jī)-Sining,能生產(chǎn)寬幅為1m的大面積無紡布,產(chǎn)率約為100m/min。這意味著國內(nèi)電紡絲納米纖維的大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)已經(jīng)開始。