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静电纺丝制备纳米纤维的影响因素

浏览次数: 日期:2017-10-19 16:18

静电纺丝技术是制备纳米纤维的有效方法之一,影响因素较多,工艺较难控制。那么影响静电纺丝制备纳米纤维的因素有哪些呢?


纺丝温度对静电纺丝的影响是多方面的,升高温度有利于溶剂的挥发,使射流在电场中快速固化,使纳米纤维直径增大 另一方面,纺丝温度变化还会直接影响纺丝液的粘度、表面张力及导电性,比如升高纺丝温度,纺丝液的粘度和表面张力均减小,导电率提高,加快射流分子链的运动速度,在电场力的作用下,射流不稳定性增强,容易形成珠结。


湿度对静电纺丝的影响主要表现在湿度会改变溶剂的挥发性,湿度升高会降低溶剂的挥发速率,湿度降低会增加溶剂的挥发速率,因此,可以通过调节环境湿度对纺丝所得的纳米纤维形貌进行调控。 

当所施加的电压不同时,为打破表面张力与电场力的平衡,毛细管顶端的液滴将会产生不同的表面形状,影响然后所产生的喷射液滴及细流尺寸的分布情况、纤维形态和其所传导的电流大小。


纺丝液性质——包括纺丝液的分子质量、浓度、粘度、电导率、表面张力、比热、相变热等。


生产条件——包括施加的电场强度电压纺丝速度、喷丝头与收集板之间的收集距离、纺丝温度、毛细孔直径等。


环境参数——包括室温、湿度、环境气流速度等。


纺丝液粘度直接影响静电纺丝所得的纳米纤维的形貌和性质。纺丝液粘度越大,聚合物分子链越易缠结,射流越不稳定,纺丝难度较大,不易制得直径分布均匀的纳米纤维但是粘度小无法形成射流,只能形成微滴。


静电纺丝过程中,纺丝液由于表面电荷的静电斥力产生射流,在电场力作用下拉伸、固化成膜,因此纺丝液的导电性对纺丝效果有直接影响。选择导电性高的溶剂是最简单直接的方法,或者可以通过向纺丝液中加入无机盐、有机盐、离子液体及导电金属粒子来提高纺丝液的导电性。


静电纺丝过程中,当静电斥力大于溶液的表面张力时纺丝液才会形成射流。纺丝液的表面张力不仅影响泰勒锥的形成,而且还影响射流在高压场中的运动及分裂,对纤维的形貌有决定性作用。表面张力有减小液体表面积的作用,使纺丝液射流变成球形,而高压电场中的电场力以及纺丝液的黏弹力会抑制射流形状的快速变化,从而有利于形成光滑且均一的纤维。


接收距离直接影响电场强度和射流在电场中的飞行和拉伸时间。接收距离小,电场强度会增大,电场力对射流的拉伸作用随之增强,有利于形成直径较小的纳米纤维但是同时也会减小射流拉伸时间,导致溶剂未完全挥发,难以制备直径均匀的纳米纤维。


若纺丝液的喷射速度非常小,无法在喷丝口形成泰勒锥,也即无法进行静电纺丝。随着纺丝液喷射速度增大至某一最佳值时,泰勒锥形成后会不断旋转直至接收板上,喷射过程的间隔时间能充分的将溶剂挥发掉,制备直径较小且分布均匀的纳米纤维;当纺丝液喷射速度过大,射流内部的溶剂含量增大以致无法完全挥发,残余的溶剂使纤维粘结,纤维出现很多珠结。

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