静电纺丝的原理及应用

静电纺丝是在高压电场作用下的纺丝技术，与传统的纺丝方法截然不同（Cho D，2013）。大多数情况下采用溶液纺丝。静电纺丝的工作原理可以参照图8-11进行说明，首先将聚合物溶液或溶体置于容器（注射器）中，容器连接有一毛细孔（针头）可导出这类高分子溶液，并将液体与高压发生器的正极相连，在毛细孔对面有一金属收集器，为负极并接地。在适当的条件下，控制纺丝液体的性质及操作条件，使高分子溶液从毛细孔中流出并形成纺丝射流，在静电力的作用下加速运动并分裂成细流，溶剂在射流运动到收集器过程中挥发或冷却后凝结或固化为微丝，以无纺布的形式沉积在收集器上。从过程的本质上看，与干法溶液纺丝的过程相近，只是其驱动力由机械力改为静电力，因而称其为静电纺丝。松香等加热后会变为黏度较高的流体物质，理论上也可以进行静电纺丝。

图8-11　静电纺丝工作原理图(www.xing528.com)

电场开启时，由于电场力的作用，纺丝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。由于阳极连接纺丝液，纺丝液的表面应该布满受到阳极排斥作用的阳离子或分子中的缺电子部分，所以纺丝液表面的分子受到指向阴极的电场力。纺丝液的表面张力与纺丝液表面分子受到的电场力的方向相反，当外加的电压所产生的电场力较小时，电场力不足以使纺丝液喷出，这时储液容器（针尖）末端部位原为球形的液滴被拉伸变长。继续加大电压，在外界其他条件一定的情况下，当电压超过某一临界值时，储液容器端部的液滴变为泰勒锥形状，带电的纺丝液克服其表面张力从针尖端部喷出，形成一股带电的喷射流。射流由于受到静电排斥和拉伸作用，加上溶剂的挥发，形成的纤维直径变得很细，最后纤维固化以无序状排列于收集装置上，形成类似非织造布的粗纤维（Wang Na，2014）。