无针熔体静电纺丝的研究进展

无针熔体静电纺丝由于其不使用溶剂,并且有很高的纺丝效率,是目前纳米纤维绿色批量化制备的一种有效的工艺路线。介绍了无针熔体静电纺丝基本原理、工艺特点及研究的重难点,概述了国内外关于无针熔体静电纺丝的装置及工艺研究,并介绍了笔者团队的熔体微分静电纺丝技术,最后提出了几点对未来无针熔体静电纺丝研究重点的看法。以期增进对无针熔体静电纺丝在超细纤维绿色批量化制造的认识,并在此基础上有装置、工艺或理论上的新认识。     

熔体静电纺丝技术及其在生物医学中的应用

熔体静电纺丝技术不使用溶剂,可制备连续的超细纤维,在生物医学领域有着广泛的应用。从流体黏度、射流特点、纤维直径、纺丝效果方面比较了熔体静电纺丝与溶液静电纺丝的差异;介绍了近年来熔体静电纺丝的技术进展,如激光加热熔体静电纺丝技术、同轴熔体静电纺丝技术,以及熔体静电纺丝直写技术等;综述了熔体静电纺丝技术在组织工程、伤口敷料和药物释放方面的应用;指出熔体静电纺丝应进一步优化加工工艺,获得具有适度自粘结结构的支架,从而提高其应用性。     

超细纤维熔体微分静电纺丝原理及设备

聚合物静电纺丝制备微纳米超细纤维的技术路线有两条：溶液法和熔体法。溶液法简单易行,但是存在溶剂污染和纤维孔洞等问题,工业化应用受到限制;熔体法无污染,纤维密实,但粘度大,纤维粗,产量低,而且设备复杂,因而研究较少。针对传统毛细管静电纺丝的不足,本文提出了聚合物熔体微分静电纺丝原理,自主研制出的5代仪器设备持续开展了一系列聚合物熔体微分静电纺丝的实验研究,所制备的超细纤维质地密实光滑,直径范围200-800nm,但喷头产量比毛细管提高2个数量级,从而为工业化应用奠定了基础。     

内锥面喷头熔体静电纺丝工艺参数对纤维直径的影响

提出了1种批量化制备纳米纤维的熔体微分静电纺丝新装置——内锥面纺丝喷头,并研究了纺丝过程中主要的工艺参数——电场强度、熔体温度、气流速度对纤维成型过程及直径的影响。实验结果表明:随着电场强度增大,PP纤维直径减小,但电场强度过大时,内锥面喷头周向上的射流分布不均匀;随着熔体温度升高,纤维直径减小,但熔体温度过高时,不能成纤;气流辅助有助于纤维变细,且气流速度越大,纤维越细。     

醋酸纤维素的熔体静电纺丝

静电纺丝是一种利用聚合物溶液或熔体在强电场作用下形成喷射流,制备连续纳米纤维的工艺。熔体法静电纺丝技术不使用溶剂,绿色环保。探索了改性醋酸纤维素(CA)的熔体静电纺丝技术,考察了不同纺丝条件如纺丝温度和纺丝电压对纤维直径的影响,并通过MFR测试、纺丝纤维XRD表征、SEM分析表征了不同纺丝实验条件下制备纤维的性能,得出醋酸纤维素在熔体温度为190℃,纺丝距离为14 cm,纺丝电压为63 k V时获得的纤维直径最小。     

静电纺丝的研究进展

简述了国内外静电纺丝的研究现状;介绍了静电纺丝的制备原理、静电纺丝装置的改进、影响纤维成形的主要工艺参数及纤维形态;叙述了静电纺丝纳米纤维在过滤材料、生物医学和传感器等方面的应用;展望了静电纺丝的发展方向。指出静电纺丝是纳米纤维的新型生产技术,今后应进一步调整静电纺丝工艺,开发绿色溶剂,以尽早实现静电纺丝的工业化。     

静电纺丝设备的研究进展

简述了静电纺丝装置及其纺丝过程,详细介绍了静电纺丝装置关键设备喷头和接收装置的技术研究进展。静电纺丝装置主要包括高压电源、喷头和接收装置。静电纺丝喷头的技术发展经历了从单针头到多针头和同轴针头,再到无针头装置。接收装置从最初的平板型收集装置逐步发展为旋转鼓、旋转圆盘、平行电极板、同轴双滚筒收集装置。静电纺丝设备尚未规模化生产,有效解决射流之间电场的相互干扰、改进接收装置的多样化和应用性,提高静电纺丝装置的纺丝效率,是静电纺丝关键设备今后的研究方向。     

熔体直写电纺聚己内酯纤维有序沉积工艺

目前聚合物熔体电纺技术制备的纤维大多以杂乱无序的无纺布形式存在,限制了电纺技术在组织工程支架以及机器人等需要有序结构领域的应用。本文将熔体电纺技术与三维运动平台相结合,采用自主设计的熔体电纺可控成型实验装置,对聚己内酯（PCL）进行熔体直写静电纺丝,获得了有序纤维。研究了喷头移动速度、接收距离和纺丝电压对熔体直写电纺纤维沉积形貌的影响。结果表明,纤维直径随着喷头移速、接收距离和纺丝电压的增大而减小,其中接收距离的改变对直径的影响最为显著;接收距离的增大虽然有利于纤维的细化,但是距离过大会使纤维沉积的有序性变差;当射流下落速度与喷头移动速度相匹配时,射流才能实现有序沉积;增大接收距离和纺丝电压会引起射流鞭动,需要相应地增大喷头移动速度才能实现有序沉积。     

狭缝式熔体微分电纺工艺参数对射流间距的影响

采用自主设计的狭缝式熔体微分静电纺丝装置对聚丙烯（PP）材料进行熔体静电纺丝,研究了纺丝电压、纺丝距离和纺丝温度3个纺丝参数对射流间距的影响。结果表明,射流间距随纺丝电压的升高而减小;射流间距随纺丝距离的减小而增大,但当纺丝距离低于80 mm并继续减小时,射流间距保持不变;射流间距随纺丝温度的升高而减小,当纺丝温度达到230 ℃并继续升高时,射流间距保持不变;当纺丝电压为60 kV,纺丝距离为100 mm,纺丝温度为245 ℃时,射流间距最小,可达3.3 mm。     

激光熔体静电纺丝研究进展

简述了静电纺丝法的发展历程及研究概况,比较了溶液静电纺丝法和熔体静电纺丝法的优缺点;详细介绍了激光熔体静电纺丝法的优势,总结了目前激光熔体静电纺丝法制备聚合物及复合物微纳米纤维的工艺条件如激光输出功率、应用电压以及聚合物的物理性质等对纤维直径的影响;简要介绍了线激光熔体静电纺丝装置;指出目前激光熔体静电纺丝法制得的多为...     

静电纺丝装置的关键部件研究进展

随着轻工业的快速发展,我国的静电纺丝技术取得了较大的进步。静电纺丝装置是获取纳米纤维最简单也是最经济的方法之一,但是产量低限制了静电纺纳米纤维产业化生产及应用的最大的技术瓶颈。静电纺丝装置主要由注射泵、高压电源、喷头和收集器组成,而喷头是静电纺丝装置的关键部件,因此研究喷头的技术发展对静电纺丝装置起到非常重要的作用。本文主要介绍了静电纺丝装置关键部件喷头的技术发展进程与面临的问题及静电纺丝应用领域,并对静电纺丝装置的发展前景进行展望。     

熔体静电纺丝直写技术在组织工程中的应用进展

熔体静电纺丝直写技术以其纤维直径、沉积形貌可控性高及无溶剂残留等优势,为高强度复杂形貌可控仿生组织工程（TE）支架的制备提供了巨大的空间,成为近年来的研究热点。本文首先简述了熔体静电纺丝直写技术相对于各类其他TE支架制备方法的优势;其次从工艺调控方面综述了熔体静电纺丝直写技术的工艺研究进展,并总结了实现复杂可控形貌TE支架的调控方法;随后从支架材料、形貌表征和细胞培养效果等方面综述了熔体静电纺丝直写技术的TE应用进展,并概括了该技术制备的TE拓扑结构支架的种类及特点;最后指出熔体静电纺丝直写技术具有广阔的研究前景,且该技术应以制备仿生、材料多样化以及复合支架为研究重点。     

静电纺丝纳米纤维的制备工艺及其应用

简述了静电纺丝制备纳米纤维的原理;探讨了静电纺丝电压、流速、接收距离、溶剂浓度等工艺条件;介绍了同轴静电纺丝制备皮芯结构的超细纤维及中空纤维技术以及静电纺丝纳米纤维毡在生物医药方面的应用。指出静电纺丝纳米纤维材料在生物医用方面具有广阔的应用前景,进一步实现低压纺丝、开发无毒溶剂,控制同轴静电纺丝纳米纤维的释放性能是今后静电纺丝的研发方向。     

熔喷静电微分纺丝法制备纳米纤维

熔喷静电微分纺丝法是结合熔喷和无针静电纺丝的一种制备纳米纤维的方法,采用自行设计制造的熔喷-电纺喷头,通过改变气流速度和温度,分别采用熔喷、静电纺丝和熔喷-静电纺丝3种方法制备纤维,利用SEM对纤维进行表征,分析了3种纺丝条件对纤维直径和直径分布的影响。结果表明:熔喷法制得的纤维直径较细,但直径分布较宽,而无针静电纺丝法制得的纤维直径较粗,但直径分布窄,熔喷静电微分纺丝法结合了两者的优势,能制得直径小且分布均匀的纤维,最后在控制气流温度为180℃左右,气流速度为30 m/s的情况下,成功制得能够达到平均直径为300 nm的均匀超细纤维,为制备更高要求的过滤、电池隔膜和生物材料等应用方面的材料提供了一种新方法。     

以静电纺丝法制备纳米纤维锂离子电池隔膜

年前,北京理化所进行的“静电纺丝法制备纳米纤维锂离子电池隔膜研究”项目通过评审验收。以静电纺丝法制备纳米纤维锂离子电池隔膜,是对新型隔膜材料的制备方法和制备工艺的创新性研究,是对锂离子电池隔膜实现国产化途径的有益探索;所形成的多针喷头组控技术突破了以往单喷头静电纺丝技术制备效率低的瓶颈。具有良好的实际应用前景：特别是锂离子电池电极片表面直接喷涂纳米纤维隔膜技术具有创新性和很高的实际应用价值,     

相对分子质量调节剂在PP熔体微分静电纺丝中的纤维细化作用

利用自制熔体微分静电纺丝装置,添加相对分子质量调节剂CR76,进行聚丙烯(PP)熔体微分静电纺丝,讨论了CR76含量及纺丝温度对PP熔体黏度及纤维直径的影响。结果表明:在200~280℃加工温度下,添加质量分数2%~10%CR76的PP熔体黏度降低到纯PP的25%以下;提高CR76含量与纺丝温度有助于PP纤维直径细化;添加质量分数10%CR76,纺丝温度280℃,制备的PP纤维直径大都小于1μm,平均直径可达970 nm。     

气流辅助聚合物熔体微分电纺流道优化设计

为进一步降低熔体微分电纺的纤维直径,使其达到纳米尺度,在现有直线狭缝电纺喷头的基础上设计了可以使高速气流汇聚的“V”形风道,通过高速气流对熔体微分射流进行二次牵伸细化。采用实验研究和数值模拟相结合的方法,以射流间距和喷头端电场强度为指标,研究了“V”形风道结构、材质对电纺微分射流的影响。研究结果表明,风道结构会不可避免地削弱喷头端的电场强度、降低射流的效率。增加风刀与喷头尖端的头端凸出量以及采用不导电的聚醚醚酮作为风刀材质都可以有效地降低风刀对射流效率的影响,而风道的宽度对喷头端电场强度影响不大。在优化的风刀结构和材质的基础上,成功制备了平均直径为825 nm的熔体电纺超细纤维。研究证实在气流辅助牵伸的作用下,直线狭缝电纺能够实现熔体电纺超细纤维的批量制备。     

静电纺丝纳米纤维在特殊领域的研究现状和应用

综合阐述了静电纺丝制备纳米纤维的工艺变量以及静电纺丝纳米纤维在特殊领域的研究和应用现状。研究表明:静电纺丝是在静电场作用下将聚合物溶液(或熔体)从喷头喷射出制备纳米纤维的工艺过程,纤维直径从几微米到<100nm,具有独特功能的纳米结构,可广泛应用于导电纤维、生物医用高分子材料等特殊领域。     

高黏度聚乳酸(PLA)熔体微分离心静电纺丝

离心纺丝已成为制备超细纤维的有效途径,将离心纺丝和静电纺丝结合起来的离心静电纺丝,纺丝效率高、纤维细度低。但是目前离心静电纺丝相关的研究十分有限,且主要涉及溶液离心静电纺丝。为了解决这一问题,本文设计了一种基于熔体微分的熔体离心静电纺丝装置,选取聚乳酸（PLA）作为研究对象,探究了挤出机转速和流量的关系,得出挤出机转速在20r/min、流量为1.6089g/min时纺丝效果最佳。研究了离心盘转速、纺丝电压等因素对纤维的影响,得出增加离心盘转速可大幅细化纤维直径,离心盘转速提高1倍,纤维直径减小77.26%;纺丝电压的加入不仅可以细化纤维直径,而且可以提高纤维的结晶度。结果表明：熔体微分离心静电纺丝可以高效制备PLA超细纤维,并且通过改变实验参数可以控制纤维特征,为离心静电纺丝产业化提供实验依据。     

静电纺丝聚氨酯纤维及在生物医药领域的研究进展

简述了静电纺丝法制备聚氨酯微纳米纤维的成型原理,综述了熔体静电纺丝及溶液静电纺丝聚氨酯微纳米纤维工艺研究进展,最后介绍了静电纺丝聚氨酯微纳米纤维应用于生物医药领域的最新研究进展。