田 龍， 李 杰， 潘志娟,2

(1. 蘇州大學(xué) 紡織與服裝工程學(xué)院， 江蘇 蘇州 215021； 2. 現(xiàn)代絲綢國(guó)家工程實(shí)驗(yàn)室(蘇州)， 江蘇 蘇州 215123)

多射流靜電紡絲技術(shù)的研究現(xiàn)狀

田 龍1， 李 杰1， 潘志娟1,2

(1. 蘇州大學(xué) 紡織與服裝工程學(xué)院， 江蘇 蘇州 215021； 2. 現(xiàn)代絲綢國(guó)家工程實(shí)驗(yàn)室(蘇州)， 江蘇 蘇州 215123)

由于傳統(tǒng)單噴頭靜電紡絲的生產(chǎn)率極低，限制了靜電紡納米纖維的產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用，因此，提高靜電紡納米纖維生產(chǎn)率成為靜電紡絲技術(shù)中最為重要的研究課題，而多射流靜電紡絲法是解決此問題的一個(gè)有效途徑。通過介紹多種有針和無針多射流靜電紡絲方法，分析比較各種方法的優(yōu)劣，為進(jìn)一步研制與開發(fā)靜電紡納米纖維的產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)設(shè)備與方法提供參考。

有針； 無針； 多射流； 靜電紡絲

靜電紡是一種簡(jiǎn)單有效而又經(jīng)濟(jì)的制備納米纖維的方法,可生產(chǎn)直徑介于5 nm～1 μm之間的納米級(jí)纖維[1-2]。納米纖維直徑比普通纖維小2～3個(gè)數(shù)量級(jí)，因此其較常規(guī)纖維具有極高的比表面積，柔韌的表面性能及良好的力學(xué)性能[3-4],應(yīng)用前景廣泛。目前，靜電紡生產(chǎn)出的納米纖維產(chǎn)品有纖維氈與連續(xù)的紗線2種形式[5]，可用作過濾材料、能源材料、生物醫(yī)用材料、傳感器及防護(hù)服、電池隔膜等[1，6]。常規(guī)的單噴頭靜電紡絲生產(chǎn)效率低，產(chǎn)量小，因此限制了靜電紡絲的工業(yè)化生產(chǎn)及其產(chǎn)品的推廣應(yīng)用[7]。因此，許多研究者對(duì)靜電紡裝置進(jìn)行了改進(jìn)，以期獲得多射流，從而提高靜電紡纖維的產(chǎn)量。本文介紹了多射流靜電紡的研究現(xiàn)狀，并詳細(xì)闡述了有針頭和無針頭2大類多射流靜電紡方法。

1 有針頭多射流靜電紡

由于多針頭靜電紡不僅能夠解決單針頭靜電紡納米纖維產(chǎn)量小的問題[7]，而且有望實(shí)現(xiàn)納米纖維氈與紗線規(guī)?；a(chǎn)的目的，因此許多研究者對(duì)多針頭靜電紡絲的方法和工藝進(jìn)行了研究。

1.1 針頭的分布與排列

對(duì)于有針頭多射流靜電紡最初的研究主要集中在增加針頭數(shù)量與改變針頭排列方式2個(gè)方面。

1.1.1 增加針頭數(shù)

Angammana等[8]設(shè)計(jì)了1個(gè)多針頭靜電紡裝置(見圖1)，并在此基礎(chǔ)上研究了2～4針頭靜電紡絲過程。研究發(fā)現(xiàn)，在其他條件相同時(shí)，隨針頭數(shù)的增加，納米纖維的產(chǎn)量顯著提高，但紡絲過程中產(chǎn)生射流所需的初始電壓增大，電場(chǎng)干擾增強(qiáng)，兩側(cè)的射流偏移角增加，生產(chǎn)出的納米纖維平均直徑減小且不勻度增加。

圖1 多針靜電紡裝置示意圖Fig.1 Schematic diagram of multi-needle electrospinning device

Bowman等[9]使用自行設(shè)計(jì)的4針頭靜電紡裝置紡絲時(shí)發(fā)現(xiàn)：4針頭提高了納米纖維的產(chǎn)量，但每個(gè)針頭的沉積區(qū)域差異很大，這表明4針頭間電場(chǎng)干擾很大；在保證接收基布與接地金屬板緊密接觸的前提下，除了針織彈性基布外，靜電紡過程均可以穩(wěn)定進(jìn)行；而且，較高的環(huán)境濕度可以驅(qū)散電荷在接收基布表面的積累。潘芳良等[10]使用平行排列的5針頭靜電紡裝置紡絲時(shí)也發(fā)現(xiàn)，各個(gè)針頭附近的電場(chǎng)狀態(tài)各不相同，因此它們的電場(chǎng)間存在干擾，從而使得每個(gè)針頭產(chǎn)生的納米纖維直徑差異較大。

因此，單純的增加針頭數(shù)，雖能一定程度上提高靜電紡纖維的產(chǎn)量，但多針頭電場(chǎng)間存在的相互干擾會(huì)對(duì)多射流靜電紡過程產(chǎn)生較大的負(fù)面影響。

1.1.2 改變針頭排列方式

Theron等[11]通過3×3與1×9排列的9針頭實(shí)驗(yàn)得出，多針頭射流間存在相互排斥的現(xiàn)象，在庫侖力作用下，只有中間的射流能夠保持垂直噴射，而與其相鄰的射流都有偏移，且離中心越遠(yuǎn)，射流偏移越大。這使得不同針頭形成的納米纖維膜形態(tài)不一致，且各個(gè)針頭產(chǎn)生的納米纖維直徑也有較大差異。Theron等還用1×7排列的7針頭與9針頭進(jìn)行了對(duì)比，結(jié)果表明，7針頭射流間的相互干擾沒有9針頭的明顯。

Varesano等[12]在2行排列設(shè)計(jì)的9針噴頭組成的自下而上的靜電紡裝置上進(jìn)行了試驗(yàn)，研究發(fā)現(xiàn)，接收基布越厚，對(duì)電場(chǎng)的屏蔽作用越強(qiáng)，因而導(dǎo)致納米纖維的沉積區(qū)域有所減小，納米纖維的平均直徑增大；進(jìn)一步證明了2行排列的針頭中，兩端針頭比中央針頭受到的屏蔽作用小，使兩端針頭納米纖維的沉積區(qū)域減小的較少，且兩端針頭納米纖維的平均直徑比中央針頭相應(yīng)較小。

Tomaszewski等[4]探究了針頭排列形狀對(duì)靜電紡絲過程與紡絲效率的影響。經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)：直線排列時(shí)，由于外部噴頭對(duì)內(nèi)部噴頭具有靜電屏蔽作用，使內(nèi)部噴頭不能正常工作，因此其紡絲效率低，產(chǎn)量?。粰E圓形排列的針頭紡絲效率有所提高，而圓形排列針頭的紡絲效率最高，且產(chǎn)量最大，其單個(gè)針頭的產(chǎn)量約為橢圓形排列單個(gè)針頭產(chǎn)量的1.6～4倍。其還指出這3種針頭排列的靜電紡過程中，射流間的相互干擾均不可避免。

因此，多針頭排列方式的改變也不能使多針頭電場(chǎng)間存在的相互干擾得到改善。

1.2 多針頭電場(chǎng)間相互干擾的改進(jìn)方法

以上多針頭靜電紡方案都存在一個(gè)共同的缺點(diǎn)是多針頭電場(chǎng)間存在相互干擾。一般來說，在有針頭靜電紡過程中改善此問題的途徑有2個(gè)：一是增大針頭間距；二是在多針頭外部添加輔助電極。

1.2.1 增大針頭間距

Yang等[13]設(shè)計(jì)了1個(gè)自下而上的雙針頭靜電紡裝置，并將2個(gè)針頭間的距離依次設(shè)定為30 mm、40 mm和50 mm，用于探究針頭間距的變化對(duì)電場(chǎng)、射流、纖維膜及纖維形態(tài)的影響。經(jīng)研究表明，針頭間距較小時(shí)，2個(gè)針頭間電場(chǎng)干擾強(qiáng)，2個(gè)纖維沉積區(qū)域間纖維膜稀薄，且射流偏移角大，纖維形態(tài)差異較大。隨針頭間距的增加，上述現(xiàn)象得到改善。當(dāng)2個(gè)針頭間距≥50 mm時(shí)，針頭間的電場(chǎng)干擾可忽略，纖維沉積區(qū)域近似圓形，射流偏移角近似為零，納米纖維形態(tài)相似。Angammana等[8]也對(duì)雙針頭靜電紡過程進(jìn)行了詳細(xì)的探索，得出了與Yang等相似的結(jié)論，但指出2個(gè)針頭間電場(chǎng)干擾可忽略的間距為≥40 mm。

通常，靜電紡裝置尺寸有限，針頭間距一般不應(yīng)過大，因此許多研究者更傾向于通過添加輔助電極來減小針頭間電場(chǎng)的相互干擾。

1.2.2 帶有輔助電極的多針頭

Varesano等[14]通過在噴絲頭周圍添加輔助電極減小針頭間電場(chǎng)的干擾，其設(shè)計(jì)的靜電紡裝置如圖2所示。使用不同形狀的針頭排列形式進(jìn)行靜電紡試驗(yàn)得出，添加輔助電極后，各個(gè)針頭排列形狀下的射流間干擾均明顯減小，且各個(gè)針頭紡得的納米纖維的沉積區(qū)域間距減小。證明了帶有輔助電極時(shí)，針頭間電場(chǎng)的干擾減小，且不影響納米纖維直徑的均勻性。

圖2 帶有輔助電極靜電紡裝置示意圖Fig.2 Schematic diagram of electrospinning device with auxiliary electrode

Yang等[16]介紹了1個(gè)六邊形排列的7針頭靜電紡裝置，研究發(fā)現(xiàn)帶有輔助電極的7針頭靜電紡過程中電場(chǎng)干擾程度明顯小于普通7針頭靜電紡過程，并且輔助電極不僅能使生產(chǎn)出的納米纖維直徑更加均勻,而且還能使得靜電紡過程更為穩(wěn)定。在此基礎(chǔ)上，Yang等[17-18]又對(duì)六邊形排列的帶有鐵環(huán)輔助電極的多針頭靜電紡過程進(jìn)行了更為系統(tǒng)的研究。其將帶有輔助電極的7針、19針和37針靜電紡過程分別與其各自不帶輔助電極的靜電紡過程對(duì)比得出，鐵環(huán)輔助電極既能使靜電紡過程中射流斥力與纖維的沉積區(qū)域減小，又能使各個(gè)針尖周圍的電場(chǎng)變均勻，這表明了鐵環(huán)輔助電極能夠有效地減小針頭間電場(chǎng)的干擾，且能夠有效地減小不同位置針頭紡得的納米纖維間的直徑差異。Yang等還發(fā)現(xiàn)7針、19針和37針中外部針頭對(duì)內(nèi)部針頭能夠起到與輔助電極相似的作用。

因此，帶有輔助電極的多針頭靜電紡裝置不僅克服了多針頭電場(chǎng)間的相互干擾，而且也達(dá)到了增加纖維產(chǎn)量的目的。

2 無針頭多射流靜電紡

隨著對(duì)多針頭靜電紡研究的深入，研究者逐漸發(fā)現(xiàn)多針頭靜電紡方法雖能提高靜電紡的產(chǎn)量，但提高能力有限，且其存在結(jié)構(gòu)復(fù)雜，針頭易阻塞，清洗麻煩等缺點(diǎn)[19]。因此許多研究者開始探索無針頭多射流靜電紡方法，主要包括多孔式與液面射流式。

2.1 多孔式靜電紡絲

與多針頭靜電紡裝置相比此靜電紡絲裝置的優(yōu)點(diǎn)是設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單，容易制造，成本低，且噴孔不易阻塞[20]。Dosunmu等[21]設(shè)計(jì)了一個(gè)多孔管無針靜電紡裝置(見圖3)，該裝置的核心部分為聚乙烯多孔管，其一端封閉，并在其中設(shè)置金屬電極；另一端通入氣體(氮?dú)?，使液體在多孔管表面形成液滴，然后在電場(chǎng)力的作用下產(chǎn)生射流，沉積到外圍的金屬接收?qǐng)A網(wǎng)上，最終形成納米纖維。經(jīng)過對(duì)該靜電紡過程及其得到的納米纖維的研究得出，此靜電紡過程中射流密度極高，產(chǎn)量約為傳統(tǒng)單針頭靜電紡的250倍，但纖維的均勻性較差。Varabhas等[22]對(duì)多孔管靜電紡裝置進(jìn)行了改進(jìn)，將多孔管由縱向改為橫向，且兩端密封，其中一端置入電極，而接收裝置由金屬圓網(wǎng)變?yōu)槠矫驿X箔，同時(shí)在原多孔管壁上增加了20個(gè)深度相當(dāng)于管壁厚度一半的孔，使處于一定氣壓和電壓下的液體只從這20個(gè)孔流出，形成均勻的射流，從而獲得均勻的納米纖維。該方法的產(chǎn)量雖不如Dosunmu等設(shè)計(jì)的多孔管靜電紡，但仍大大地提高了傳統(tǒng)單針頭靜電紡的產(chǎn)量，且顯著地優(yōu)化了纖維的均勻性。

圖3 多孔管靜電紡裝置示意圖Fig.3 Schematic diagram of electrospinning device with cylindrical porous tube

Zhou等[20]設(shè)計(jì)了1個(gè)三噴孔靜電紡裝置，其噴頭由帶有單進(jìn)液孔的金屬帽與帶有3個(gè)噴孔的聚碳酸酯帽2部分黏結(jié)在一起。如果要改變噴孔的數(shù)量或排列形狀，則只需改變聚碳酸酯帽，此外，聚碳酸酯帽還具有儲(chǔ)液與均勻分配溶液的功能。經(jīng)過研究發(fā)現(xiàn)，雖然此靜電紡裝置沒有針頭，但紡絲過程中仍存在電場(chǎng)干擾，導(dǎo)致射流相互排斥，中間孔產(chǎn)生的纖維沉積區(qū)域較小，而兩邊的纖維沉積區(qū)域較大，并且3個(gè)沉積區(qū)域的形狀都為環(huán)狀。此外，該法雖能適當(dāng)?shù)卦黾恿髁?，從而增加納米纖維的產(chǎn)量，但當(dāng)流量過大時(shí)，會(huì)有液滴從噴孔滴下，從而擾亂靜電紡過程的穩(wěn)定性，因此該方法對(duì)提高納米纖維的產(chǎn)量作用有限。

Kumar等[23]設(shè)計(jì)了1個(gè)多孔塑料噴頭靜電紡裝置，該塑料噴頭(見圖4)內(nèi)部為“三明治”結(jié)構(gòu)，中間層為PTFE膜，上下2層都為玻璃纖維膜。用23號(hào)針在噴頭表面穿孔，形成噴孔，將正電極置于紡絲溶液中而非噴頭上。經(jīng)過研究發(fā)現(xiàn)，多孔塑料噴頭靜電紡過程中，射流間的斥力比多針頭的斥力大為減小，且前者產(chǎn)生的多個(gè)納米纖維膜的間距非常小，幾近連續(xù)，纖維直徑更小更均勻，且隨噴孔數(shù)的增加，納米纖維的產(chǎn)量增加，至少比相同噴嘴數(shù)的多針靜電紡的產(chǎn)量高150%。

為實(shí)現(xiàn)對(duì)夜間運(yùn)動(dòng)車輛的識(shí)別，引入新的色彩空間和模糊理論來解決這一問題?；谛碌纳士臻g和模糊集理論的跟蹤模型包括幀色彩處理和背景剔除兩個(gè)環(huán)節(jié)。首先，利用初始識(shí)別結(jié)果，獲取前景和背景的色彩信息，并間初始視頻幀處轉(zhuǎn)換為新的色彩空間HSrg，其中HS 為HSV 中的兩個(gè)圖層，r 和g 分別為RGB 圖層中的對(duì)應(yīng)的R 和G 圖層標(biāo)準(zhǔn)化后的圖層，即有r=R/( R+ G+B )和g=G/( R+ G+B)。為了減輕圖像中噪聲的影響，分別對(duì)識(shí)別目標(biāo)在HSrg 色彩空間中每個(gè)圖層使用中值濾波，得到濾波后的值分別為：

圖4 多孔塑料噴頭示意圖Fig.4 Schematic diagram of multi-hole plastic spinneret

因此，多孔式靜電紡方法克服了多針頭靜電紡方法的一些缺點(diǎn)，并且纖維的產(chǎn)量有所增加，但其射流間的靜電干擾仍然存在，并且容易在噴孔處形成液滴而滴下，從而擾亂了靜電紡過程的穩(wěn)定性。

2.2 液面射流式靜電紡方法

此類方法的共同點(diǎn)是在高壓靜電場(chǎng)的作用下，使紡絲液表面形成射流。各研究的不同點(diǎn)在于射流的觸發(fā)方式，包括磁場(chǎng)作用、氣體作用、帶電金屬線/盤/滾筒等。

Jirsak等[24]設(shè)計(jì)了2套液面射流式靜電紡裝置(如圖5)，并將其命名為Nanospider。其都是通過旋轉(zhuǎn)輥的離心作用使溶液在旋轉(zhuǎn)輥表面形成紡絲錐，并在旋轉(zhuǎn)輥-網(wǎng)狀接收電極形成的電場(chǎng)中產(chǎn)生射流，從而產(chǎn)生納米纖維。此裝置的創(chuàng)新點(diǎn)在于在紡絲空間內(nèi)通入了干燥空氣，不僅可以使納米纖維有多種接收方式(如圖5(a)、(b))，更能加快射流中溶劑的揮發(fā)，并加快納米纖維的移動(dòng)速度，因此提高了納米纖維的產(chǎn)率。經(jīng)研究得出，此種方法生產(chǎn)的納米纖維直徑介于50～200 nm之間；圖5(a)所示裝置的產(chǎn)量約為傳統(tǒng)單噴產(chǎn)量的9～90倍，而圖5(b)所示裝置的產(chǎn)量約為傳統(tǒng)單噴產(chǎn)量的10.8～108倍。

圖5 納米蜘蛛示意圖Fig.5 Schematic diagram of Nanospider.(a) First receiving mode; (b) Second receiving mode

Yarin等[25]設(shè)計(jì)了1個(gè)磁場(chǎng)擾動(dòng)靜電紡裝置(見圖6)，液槽溶液由2層組成，下層為磁流體，上層為紡絲液。將液槽置于磁場(chǎng)中，此時(shí)下層的磁流體由于磁場(chǎng)的存在而發(fā)生擾動(dòng)，進(jìn)而帶動(dòng)上層紡絲液在其表面產(chǎn)生許多尖銳的突起。由于對(duì)整個(gè)裝置施加了電場(chǎng)，因此在這些突起上形成了射流。在高壓靜電場(chǎng)作用下，液槽紡絲液表面產(chǎn)生上千個(gè)射流，射流密度為Theron設(shè)計(jì)的矩陣排列9針穩(wěn)定射流密度的12倍，故此靜電紡絲的產(chǎn)量大幅提高，但纖維直徑差異較大，且產(chǎn)生射流所需的電壓較大。

圖6 磁場(chǎng)擾動(dòng)靜電紡裝置示意圖Fig.6 Schematic diagram of Magnetic perturbation electrospinning device

He等[26-28]從蜘蛛紡絲過程得到靈感，設(shè)計(jì)了1個(gè)氣泡靜電紡裝置(見圖7)。其在液槽的底部植入1根氣管，并通過氣管不斷地向液槽中通入氮?dú)猓挂后w表面產(chǎn)生氣泡，然后在置于氣管內(nèi)的正電極與接地金屬接收板間產(chǎn)生的電場(chǎng)力作用下，在氣泡表面產(chǎn)生大量射流，進(jìn)而在接地金屬接收板上形成納米纖維。經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)，運(yùn)用此方法不僅可以極大地提高納米纖維的產(chǎn)量，而且可以在較低的電壓下紡出直徑小達(dá)50nm的納米纖維，但其直徑容易受靜電紡過程中產(chǎn)生的氣泡大小的影響，因此纖維直徑波動(dòng)較大。

圖7 氣泡靜電紡裝置示意圖Fig.7 Schematic diagram of aerated solution electrospinning device

Wang等[29]設(shè)計(jì)了1個(gè)獨(dú)特的無針靜電紡裝置，其噴頭是由金屬線組成的倒圓錐構(gòu)成，且相鄰金屬線間距以無電壓時(shí)黏性溶液不會(huì)自動(dòng)流出為準(zhǔn)。對(duì)該裝置施加電壓后，在電場(chǎng)力作用下黏性溶液會(huì)均勻的覆蓋在錐的外表面，大部分射流會(huì)從金屬線的表面射出，而也有一小部分射流從金屬線間射出。經(jīng)過與傳統(tǒng)單針靜電紡比較研究得出，該靜電紡方法生產(chǎn)的納米纖維的產(chǎn)量大大提高，約為傳統(tǒng)單噴納米纖維的4～153倍，且此納米纖維的直徑比傳統(tǒng)單針靜電紡生產(chǎn)的納米纖維的直徑小、直徑分布范圍窄。但是，金屬線圈錐靜電紡過程中所需施加的電壓遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于傳統(tǒng)單針靜電紡。

Niu等[30-32]設(shè)計(jì)了2個(gè)無針靜電紡裝置，一個(gè)為旋轉(zhuǎn)盤靜電紡裝置，旋轉(zhuǎn)盤以一定的速度在液槽中轉(zhuǎn)動(dòng)，因此未浸入溶液中的旋轉(zhuǎn)盤表面會(huì)帶有一層液膜，此時(shí)在電場(chǎng)作用下，在旋轉(zhuǎn)盤的上邊緣形成射流，沉積在接收板上，形成納米纖維膜；另一個(gè)為旋轉(zhuǎn)圓筒靜電紡裝置，其表面帶液膜的機(jī)理與旋轉(zhuǎn)盤相同，當(dāng)電壓較低時(shí)，射流只會(huì)在旋轉(zhuǎn)圓筒的兩端產(chǎn)生，而當(dāng)電壓升高到某一臨界值時(shí)，旋轉(zhuǎn)圓筒的中間表面部分也能夠產(chǎn)生射流，從而形成納米纖維。經(jīng)過對(duì)比發(fā)現(xiàn)，旋轉(zhuǎn)盤靜電紡形成納米纖維所需的電壓雖低于旋轉(zhuǎn)圓筒靜電紡，但纖維直徑較小；紡絲液濃度對(duì)旋轉(zhuǎn)盤靜電紡過程影響不大，但對(duì)旋轉(zhuǎn)圓筒靜電紡過程的影響較大，因?yàn)槿芤簼舛仍黾邮蛊漯ざ纫苍黾?，這意味著需更大電壓才能在中間表面產(chǎn)生射流。研究還發(fā)現(xiàn)，雖然旋轉(zhuǎn)盤的厚度僅為旋轉(zhuǎn)圓筒長(zhǎng)度的1/100，但2個(gè)靜電紡裝置的產(chǎn)量相似，約為傳統(tǒng)單噴納米纖維的30～350倍。

Wang等[33]受到上述旋轉(zhuǎn)盤靜電紡裝置的啟發(fā)，設(shè)計(jì)了旋轉(zhuǎn)螺旋金屬絲靜電紡裝置。其表面帶液膜的機(jī)制以及射流產(chǎn)生的機(jī)制與旋轉(zhuǎn)盤相同，由于螺旋金屬絲上每個(gè)圓環(huán)都能產(chǎn)生射流，因此靜電紡纖維的產(chǎn)量大為提高，約為傳統(tǒng)單噴納米纖維的14～942倍，且與傳統(tǒng)單噴相比，此靜電紡技術(shù)可生產(chǎn)直徑更小的納米纖維。同時(shí)經(jīng)過研究指出隨紡絲電壓的增加或紡絲距離的減小，此靜電紡納米纖維的產(chǎn)量也會(huì)增加，但其直徑變化不大。

圖8 “飛濺”靜電紡裝置示意圖Fig.8 Schematic diagram of splashing needleless electrospinning device

Tang等[34]設(shè)計(jì)了1個(gè)以液滴撞擊金屬圓輥?zhàn)鳛樯淞饔|發(fā)方式的“飛濺”靜電紡裝置(見圖8)，液滴從金屬圓輥正上方產(chǎn)生，并在重力作用下撞擊在金屬圓輥表面，同時(shí)液滴形狀變?yōu)闄E圓形，其指出此時(shí)紡絲錐形成的臨界電壓減小，因此在金屬圓輥與接收電極組成的電場(chǎng)中形成泰勒錐，進(jìn)而產(chǎn)生射流，形成納米纖維。

經(jīng)研究得出，根據(jù)此種方法生產(chǎn)的納米纖維直徑介于100～400 nm之間；產(chǎn)量約為傳統(tǒng)單噴的24～25倍。

液面射流式靜電紡方法雖能較大地提高靜電紡纖維的產(chǎn)量，但其無法對(duì)產(chǎn)生射流的液體觸發(fā)面進(jìn)行有效的控制，因此射流可控制性較差，并且此方法紡絲所需的電壓較高。

由以上的分析可以得出，無針靜電紡可以明顯改善有針靜電紡中針頭易阻塞的缺點(diǎn)，但無針靜電紡過程中缺少對(duì)射流形狀的控制，從而導(dǎo)致納米纖維難以達(dá)到設(shè)計(jì)的形狀與尺寸。

3 結(jié) 語

對(duì)于有針頭多射流靜電紡，通過增加其靜電紡裝置的針頭數(shù)或改變多針頭的排列方式雖已被證明能夠提高靜電紡納米纖維的產(chǎn)量，但仍存在多針頭電場(chǎng)間相互干擾導(dǎo)致納米纖維直徑差異較大的問題；而帶有輔助電極的多針頭靜電紡方法已被證明能夠有效地控制并優(yōu)化靜電紡納米纖維的直徑，并能有效地提高納米纖維的產(chǎn)量，但由于針頭自身的缺點(diǎn)及該方法對(duì)靜電紡納米纖維產(chǎn)量的提高有限，故對(duì)有針頭多射流靜電紡方法的改進(jìn)思路為，提高帶有輔助電極有針頭多射流靜電紡裝置的規(guī)模。對(duì)于無針頭多射流靜電紡，雖然其能明顯地改善有針靜電紡中針頭易阻塞的缺點(diǎn)，且能夠更大限度地提高靜電紡纖維的產(chǎn)量，但其在靜電紡過程中缺少對(duì)射流形狀的控制，導(dǎo)致產(chǎn)生的納米纖維難以達(dá)到設(shè)計(jì)的形狀與尺寸，因此對(duì)無針頭多射流靜電紡方法的改進(jìn)思路為，研究射流控制的方法與原理，使其能夠形成直徑分布較為均勻的纖維。

綜上所述，有針和無針靜電紡雖都有提高靜電紡納米纖維產(chǎn)量的潛能，但它們各有優(yōu)缺點(diǎn)，目前還都有進(jìn)一步改進(jìn)的必要。本文較為完整地整合了近期提高靜電紡納米纖維產(chǎn)量的各種方法，且較為詳細(xì)地介紹了多種有針和無針多射流靜電紡方法，分析比較了各個(gè)靜電紡裝置的優(yōu)劣，為靜電紡納米纖維質(zhì)量與產(chǎn)量的提高及多射流靜電紡的進(jìn)一步改進(jìn)提供了思路。

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Research status of multi-jet electrospinning technology

TIAN Long1, LI Jie1, PAN Zhijuan1,2

(1.CollegeofTextileandClothingEngineering,SoochowUniversity,Suzhou,Jiangsu215021,China;2.NationalEngineeringLaboratoryforModernSilk(Suzhou),SoochowUniversity,Suzhou,Jiangsu215123,China)

The low productivity of the conventional single needle electrospinning limits its industrialized application for manufacturing electrospun nanofibers. So enhancing the productivity of electrospun nanofibers has become the most important research topic of electrospinning technology. And the multi-jet electrospinning is an effective approach for solving this problem. Many kinds of electrospinning methods both with needle and without needle were introduced and their advantages and disadvantages compared, thus providing a reference for the further development of equipments and methods for the industrialized production of electrospun nanofibers.

needle; needleless; multi-jet; electrospinning

0253- 9721(2013)09- 0150- 07

2012-08-28

2013-04-07

蘇州市納米技術(shù)專項(xiàng) (ZXG2012043)；江蘇高校優(yōu)勢(shì)學(xué)科建設(shè)工程資助項(xiàng)目(蘇政辦發(fā)〔2011〕6號(hào))

田龍(1989—)，男，碩士生。主要研究方向?yàn)樘胤N紡織材料的開發(fā)。潘志娟，通信作者，E-mail：zhjpan@suda.edu.cn。

TQ 340.64

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