静电纺丝喷嘴的研究进展

静电纺丝技术是一种利用高压静电场来制备聚合物纤维的方法。静电纺丝法的生产效率较低，单喷嘴静电纺丝设备的纳米纤维生产率大约为0.1g/h，使得静电纺丝法的生产成本过高，对其规模化、产业化造成巨大的阻碍。为了提升静电纺丝法的生产效率，静电纺丝喷嘴的改进成了学者的研究焦点。多喷头静电纺丝喷嘴是研究人员为了提高静电纺丝法的生产效率首先想到的。Tomaszewski等人提出3种类型的静电纺丝多喷头排列，分别为线性排列、椭圆形排列和圆形排列，如图1-18所示。通过研究对比，发现圆形排列的静电纺丝喷头可以改善工艺稳定性，并在一定程度上提高了静电纺丝的生产效率。

图1-18　静电纺丝多喷头排列

针对传统静电纺丝单喷嘴的生产效率低、溶液利用不充分、生产过程不稳定等问题，覃小红等人提出了一种鸭嘴状静电纺丝喷嘴及静电纺丝方法。该静电纺丝装置主要由注射器、数控微量注射泵、鸭嘴状喷嘴和高压电源组成，如图1-19所示。鸭嘴状喷嘴装置上部分为鸭嘴状喷嘴，下部分为圆柱体。静电纺丝开始前，鸭嘴状喷嘴与高压电源相连，数控微量注射泵和注射器通过软管向鸭嘴状喷嘴注射聚合物溶液。当溶液充满鸭嘴状喷嘴的缝隙时，在电场力的作用下形成射流并获得纳米纤维。鸭嘴状喷嘴的长条形缝隙在静电纺丝时可产生多个纺丝射流，极大地提升了静电纺丝效率，提高了静电纺丝制备纳米纤维的产量。(www.xing528.com)

图1-19　鸭嘴状喷嘴静电纺丝装置

杨卫民等人提出一种高效熔体微分静电纺丝喷头。该微分喷头利用伺服电动机带动螺杆使塑料熔体流向喷嘴内体和喷嘴外壳形成的环形缝隙，塑料熔体到达内锥面喷头并均匀分布，在静电场力的作用下产生多个静电纺丝射流。杨卫民研究团队从喷嘴机械结构设计方面相继提出多种不同微分静电纺丝喷嘴结构，提高了静电纺丝的纳米纤维生产效率。