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電場作用下形成噴射流進行紡絲加工的工藝。近年來,電紡絲作為一種可制備超精細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行電紡絲加工。目前世界上已成功進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,受到一個與表面張力方向相反的電場力。當電場逐漸增強時,噴嘴處的液滴由球狀被拉長為錐狀,形成所謂的“泰勒錐”(Taylorcone)。而當電場強度增加至一個臨界值時,電場力就會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)則性螺旋運動。在高速震蕩中,噴射流被迅速拉細,溶劑也迅速揮發(fā),最終形成直徑在nm級的纖維,并以隨機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納米纖維紡絲機-納米蜘蛛。納米蜘蛛取消了傳統(tǒng)電紡中的噴絲頭,取而代之的是一個圓筒,圓筒被部分浸入到聚合物溶液中,不斷轉(zhuǎn)動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型形成鮮明的對比。HY-1型電紡絲設(shè)備把傳統(tǒng)的機械操作分布式功能，利用數(shù)控機械裝置集成化實現(xiàn)。在紡絲過程中，通過推注，往復(fù)平移等控制系統(tǒng)對液體流速進行精確控制。實現(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。目前，該公司已研制出了國內(nèi)首臺納米纖維大型紡絲機-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。