靜電紡絲就是高分子流體靜電霧化的特殊形式,此時霧化分裂出的物質不是微小液滴,而是聚合物微小射流,可以運行相當長的距離,**固化成纖維。 靜電紡絲是一種特殊的纖維制造工藝,聚合物溶液或熔體在強電場中進行噴射紡絲。在電場作用下,針頭處的液滴會由球形變為圓錐形(即“泰勒錐”),并從圓錐尖端延展得到纖維細絲。這種方式可以生產出納米級直徑的聚合物細絲。
靜電紡絲的原理
靜電紡絲法即聚合物噴射靜電拉伸紡絲法,與傳統方法截然不同。**將聚合物溶液或熔體帶上幾千至上萬伏高壓靜電,帶電的聚合物液滴在電場力的作用下在毛細管的Taylor錐頂點被加速。當電場力足夠大時,聚合物液滴克服表面張力形成噴射細流。細流在噴射過程中溶劑蒸發或固化,**落在接收裝置上,形成類似非織造布狀的纖維氈。在靜電紡絲過程中,液滴通常具有一定的靜電壓并處于一個電場當中,因此,當射流從毛細管末端向接收裝置運動時,都會出現加速現象,從而導致了射流在電場中的拉伸。
靜電紡絲法制備納米纖維的影響因素
靜電紡絲法制備納米纖維的影響因素很多,這些因素可分為溶液性質,如粘度、彈性、電導率和表面張力;控制變量,如毛細管中的靜電壓、毛細管口的電勢和毛細管口與收集器之問的距離;環境參數,如溶液溫度、紡絲環境中的空氣濕度和溫度、氣流速度等。其中主要影響因素包括:
1.聚合物溶液濃度
聚合物溶液濃度越高,粘度越大,表面張力越大,而離開噴嘴后液滴分裂能力隨表面張力增大而減弱。通常在其它條件恒定時,隨著濃度增加,纖維直徑增大。
2.電場強度
隨電場強度增大,高分子靜電紡絲液的射流有更大的表面電荷密度,因而有更大的靜電斥力。同時,更高的電場強度使射流獲得更大的加速度。這兩個因素均能引起射流及形成的纖維有更大的拉伸應力,導致有更高的拉伸應變速率,有利于制得更細的纖維。
3.毛細管口與收集器之間的距離
聚合物液滴經毛細管口噴出后,在空氣中伴隨著溶劑揮發,聚合物濃縮固化成纖維,最后被接收器接收。隨兩者間距離增大,直徑變小。
4.靜電紡絲流體的流動速率
當噴絲頭孔徑固定時,射流平均速度顯然與纖維直徑成正比。
5.收集器的狀態不同,制成的納米纖維的狀態也不同
當使用固定收集器時,納米纖維呈現隨機不規則情形;當使用旋轉盤收集器時,納米纖維呈現平行規則排列。因此,不同設備條件所生成的纖維網膜不同。
結語
靜電紡絲作為一種簡便**的生產高分子納米纖維的新型加工技術,用于制備低模量、高柔順性、高強度的可降解高分子纖維材料是一個重要的科學課題。這類材料研究成功后可用于制作高柔韌性單絲手術縫線,也可用于制備組織工程支架等,這將**推動醫學和生物學的發展與進步。因此未來加強需要以下研究方向的研究:利用靜電紡原理,通過改進裝置、控制參數,得到連續、尺寸均一、缺陷可控及排列規則的高分子納米纖維;在了解靜電紡過程和靜電紡高分子納米纖維性能的基礎上,開發出具有降解速度可控、力學性能和生物相容性良好的高分子納米纖維,實現納米纖維的實用化;制成強度在體內能保持較長時間,并在傷口愈合后短時間內可吸收的縫線材料,也是一個重要的研究方向。
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