靜電紡絲就是高分子流體靜電霧化的特殊形式,此時(shí)霧化分裂出的物質(zhì)不是微小液滴,而是聚合物微小射流,可以運(yùn)行相當(dāng)長(zhǎng)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(qiáng)電場(chǎng)中進(jìn)行噴射紡絲。在電場(chǎng)作用下,針頭處的液滴會(huì)由球形變?yōu)閳A錐形(即“泰勒錐”),并從圓錐尖端延展得到纖維細(xì)絲。這種方式可以生產(chǎn)出納米級(jí)直徑的聚合物細(xì)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(tǒng)方法截然不同。**將聚合物溶液或熔體帶上幾千至上萬(wàn)伏高壓靜電,帶電的聚合物液滴在電場(chǎng)力的作用下在毛細(xì)管的Taylor錐頂點(diǎn)被加速。當(dāng)電場(chǎng)力足夠大時(shí),聚合物液滴克服表面張力形成噴射細(xì)流。細(xì)流在噴射過(guò)程中溶劑蒸發(fā)或固化,**落在接收裝置上,形成類(lèi)似非織造布狀的纖維氈。在靜電紡絲過(guò)程中,液滴通常具有一定的靜電壓并處于一個(gè)電場(chǎng)當(dāng)中,因此,當(dāng)射流從毛細(xì)管末端向接收裝置運(yùn)動(dòng)時(shí),都會(huì)出現(xiàn)加速現(xiàn)象,從而導(dǎo)致了射流在電場(chǎng)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(zhì),如粘度、彈性、電導(dǎo)率和表面張力;控制變量,如毛細(xì)管中的靜電壓、毛細(xì)管口的電勢(shì)和毛細(xì)管口與收集器之問(wèn)的距離;環(huán)境參數(shù),如溶液溫度、紡絲環(huán)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(kāi)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(shí),隨著濃度增加,纖維直徑增大。
2.電場(chǎng)強(qiáng)度
隨電場(chǎng)強(qiáng)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(shí),更高的電場(chǎng)強(qiáng)度使射流獲得更大的加速度。這兩個(gè)因素均能引起射流及形成的纖維有更大的拉伸應(yīng)力,導(dǎo)致有更高的拉伸應(yīng)變速率,有利于制得更細(xì)的纖維。
3.毛細(xì)管口與收集器之間的距離
聚合物液滴經(jīng)毛細(xì)管口噴出后,在空氣中伴隨著溶劑揮發(fā),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(dòng)速率
當(dāng)噴絲頭孔徑固定時(shí),射流平均速度顯然與纖維直徑成正比。
5.收集器的狀態(tài)不同,制成的納米纖維的狀態(tài)也不同
當(dāng)使用固定收集器時(shí),納米纖維呈現(xiàn)隨機(jī)不規(guī)則情形;當(dāng)使用旋轉(zhuǎn)盤(pán)收集器時(shí),納米纖維呈現(xiàn)平行規(guī)則排列。因此,不同設(shè)備條件所生成的纖維網(wǎng)膜不同。
結(jié)語(yǔ)
靜電紡絲作為一種簡(jiǎn)便**的生產(chǎn)高分子納米纖維的新型加工技術(shù),用于制備低模量、高柔順性、高強(qiáng)度的可降解高分子纖維材料是一個(gè)重要的科學(xué)課題。這類(lèi)材料研究成功后可用于制作高柔韌性單絲手術(shù)縫線(xiàn),也可用于制備組織工程支架等,這將**推動(dòng)醫(yī)學(xué)和生物學(xué)的發(fā)展與進(jìn)步。因此未來(lái)加強(qiáng)需要以下研究方向的研究:利用靜電紡原理,通過(guò)改進(jìn)裝置、控制參數(shù),得到連續(xù)、尺寸均一、缺陷可控及排列規(guī)則的高分子納米纖維;在了解靜電紡過(guò)程和靜電紡高分子納米纖維性能的基礎(chǔ)上,開(kāi)發(fā)出具有降解速度可控、力學(xué)性能和生物相容性良好的高分子納米纖維,實(shí)現(xiàn)納米纖維的實(shí)用化;制成強(qiáng)度在體內(nèi)能保持較長(zhǎng)時(shí)間,并在傷口愈合后短時(shí)間內(nèi)可吸收的縫線(xiàn)材料,也是一個(gè)重要的研究方向。
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