残 留的 溶 剂 。这 就 意 味 着 Ｍ — Ｅ Ｓ Ｐ 比 Ｓ— Ｅ Ｓ Ｐ 对
图 １ Ｍ — ＥＳ Ｐ 示 意 图
ｎ ＝ ＝ ＝ ＝ ＝ ＝ ＝ ＝ ＝ ＝ ＝ ＝ Ｕ茎 ！ ｒ － ． 置
２ Ｍ —Ｅ Ｓ Ｐ的 装 置
Ｍ— Ｅ Ｓ Ｐ的 装 置 （ 如 图 ２所 示 ） 与传统 的 Ｓ —
集装 置 上 。
其制 造装 置简 单 ， 比较 普 及 。人 们对 Ｍ —Ｅ Ｓ Ｐ的研
究却 相对 较少 Ｌ ２ 。 ］ ， 其 主要 原 因是 ： １ ）要求 施 加 高 的
电压 和更 高 的 温 度 ； ２ ）易 引 起 故 障 ，装 置 复 杂 ； ３ ）
很难 制取 纳 米 级 纤 维 。但 Ｍ — Ｅ Ｓ Ｐ过 程 中 不 使 用 溶剂 ， 排 除 了溶 剂对 试 验 的影 响 ； 无 需考 虑纤 维形 成 时 的溶剂 回收和溶 剂 的毒 性 ； 也 无 主要 由高 压 电 源 、 供 料 装 置 和 接 收
装置 ３个 部分 构 成 。所 不 同 的 是 增 加 了加 热 装 置 ， 温度 控 制系 统和 保护 系统 。
１ Ｍ —Ｅ Ｓ Ｐ的基 本 原 理
简单 地 说 ，Ｍ — Ｅ Ｓ Ｐ 的 基 本 过 程 如 图 １所 示Ｌ ５ ］ ： 聚合 物在 加 热 下 熔 融 ， 利 用 注 射 泵 将 注 射 管 中的聚合 物熔 体 引入 喷头 ， 在 高压 电场作 用 下 ， 喷头
下 部方 向生成 １根纤 维 ） ， 在局 部使 高分 子棒均 匀熔
融， 在纺 丝空 间加 热 状 态 下 ， 由静 电 牵 引 力 制 造 纤
维， 并 用 铜 板 接 收 纤 维 。试 验 表 明 ， 具 有 极 性 基 的 高
证 不带 电荷 。假 使 喷 丝 头接 地 时 ， 对 金 属 收 集板 施
电 干 扰 。然 而 在 螺 杆
挤 出 Ｍ — ＥＳ Ｐ装 置 （ 如
部 供 给 高分 子 棒 状 材
料（ 直径 小 于 １ ａｍ） ｒ ， 用二氧化碳激光从 ３ 图 ４ 激光加热 Ｍ—Ｅ Ｓ Ｐ 装置 个方 向同时加热 其前 端 （ 激 光 照射部 呈纺锤 形 ， 从 其
图 ６所 示 ） 中， 螺 杆挤 图 螺杆挤出Ｍ—Ｅ ｓ Ｐ 装置 出机 的加热 部分 是 金 属 的 ， 并 直 接 连 接 到 电 动机 和 电源 。要避 免机 器 发 生 短路 ， 挤 出机 必 须 接 地 以保
２． Ｓｈａ ｎｘ ｉ Ｎ ｏｒ ｔ ｈ Ｆｅ ｎ ｇｌ ｅ ｉ Ｉ ｎ ｄｕｓ ｔ ｒ ｙ Ｇｒ ｏｕｐ， Ｔａ ｉ ｙ ｕａ ｎ ０ ３０ ００ ９， Ｃｈｉ ｎａ ）
Ａｂ ｓ ｔ ｒ ａ ｃ ｔ ： Ｗｉ ｔ ｈ ｔ ｈ ｅ ｃ ｏ ｎ ｔ ｉ ｎ ｕ ｏ ｕ ｓ ｄ ｅ ｖ ｅ ｌ ｏ ｐ ｍｅ ｎ ｔ ｏ ｆ ｎ ａ ｎ ｏ — ｍａ ｔ ｅ ｒ ｉ ａ ｌ ｓ ，ｔ ｈ ｅ ｅ １ ｅ ｃ ｔ ｒ ｏ ｓ ｐ ｉ ｎ ｎ ｉ ｎ ｇ ｔ ｅ ｃ ｈ ｎ ｏ ｌ ｏ ｇ ｙ ｈ ａ ｓ ｄ ｅ ｖ ｅ ｌ ｏ ｐ ｅ ｄ ｇ ｒ ｅ ａ ｔ ｌ ｙ ． Ｔｈ ｅ ｍｅ ｌ ｔ — ｅ ｌ ｅ ｃ ｔ ｒ ｏ ｓ ｐ ｉ ｎ ｎ ｉ ｎ ｇ ｔ ｅ ｃ ｈ ｎ ｏ ｌ ｏ ｇ ｙ ｉ ｓ ｇ ｉ ｖ ｅ ｎ ｇ ｒ ｅ ａ ｔ ａ ｔ ｔ ｅ ｎ ｔ ｉ ｏ ｎ ｂ ｅ ｃ ａ ｕ ｓ ｅ ｏ ｆ ｉ ｔ ｓ ｂ ｅ ｔ ｔ ｅ ｒ ｆ ｒ ｉ ｅ ｎ ｄ ｌ ｙ ｅ ｎ ｖ ｉ ｒ ｏ ｎ ｍｅ ｎ ｔ ． Ｉ ｎ ｔ ｈ ｉ ｓ ｐ ａ ｐ ｅ ｒ ，ｔ ｈ ｅ ｂ ａ ｓ ｉ ｃ ｐ ｒ ｉ ｎ ｃ ｉ ｐ ｌ ｅ ａ ｎ ｄ ｒ ｅ ｃ ｅ ｎ ｔ ｄ ｅ ｖ ｅ ｌ ｏ ｐ ｍｅ ｎ ｔ ｓ ｏ ｆ ｍｅ ｌ ｔ — ｅ ｌ ｅ ｃ ｔ ｒ ｏ ｓ ｐ ｉ ｎ ｎ ｉ ｎ ｇ ｗｅ ｒ ｅ ｓ ｕ ｍｍａ ｒ ｉ ｚ ｅ ｄ ．Ｆｉ ｎ ａ ｌ ｌ ｙ ，ｓ ｅ ｖ ｅ ｒ ａ ｌ ｋ ｉ ｎ ｄ ｓ ｏ ｆ ｍｅ ｌ ｔ — ｅ ｌ ｅ ｅ ｔ ｒ ｏ ｓ ｐ ｉ ｎ —
剂 的蒸发 而使 里 面的熔 融态 固化 。与 传统 同轴静 电 纺丝 相似 ， 电纺 的材料 （ 熔 融 态 或 固态 ） 必 须 不 溶 于
溶剂 才能 获得 芯一 壳 结 构 的纤 维 。芯一 壳 型结 构 的 纳
米 纤维 ， 在不 稳定 的生 物试 剂 的保 存 、 防止不 稳定 的 化 合物分 解 、 分子 药物 的持续 释放 、 组 织工程 支架 的 构建、 导 电纳 米线 、 军事 中的生物 化学 防护服 等方 面
应 用 广 泛 ｎ ］ 。
１ ． 不 锈钢 圆 简 ；２ ． 不 锈钢 壁 ；３ ． 传 热 夹套 ；４ ． 加 热管 ；５ ． 保温 层 ； ６ ． 热 电偶 ；７ ． 不锈 钢 筒下 口；８ ． 不 锈钢 毛 细 管 ；９ ． 毛 细孔 ；１ ０ ． 石 棉板 ；ｌ １ ． 活塞 ；１ ２ ． 液压 泵 ； １ ３ ． 金属 压板 ； １ ４ ． 绝缘体；１ ５ ． 绝 缘 体；１ ６ ． 调 节 器
摘 要 ： 随 着纳 米材 料 的不 断开发 ， 静 电 纺丝 技 术得 到 了很 大发 展 。 熔 体静 电 纺 丝 因其 更佳 的环 境
友好 性 ， 受 到 了人 们 极 大 的 关 注 。 本 文 综 述 了 熔 体 静 电 纺 丝 的 基 本 原 理 和 最 新 进 展 ， 详 细 阐 述 了 最 新 研 发 的几 种新 型熔 体静 电纺丝装 置 。 关 键词 ： 熔体 静 电纺 丝 ； 静 电纺丝 装置 ； 研 究进展 中图分 类号 ： Ｔ Ｇ １ ４ ９ 文献标 志 码 ： Ａ
静 电纺 丝 是 一 种 高 效 低 耗 的 纳 米 纤 维 制 备 技
术， 分 为 溶液静 电纺丝 法 （ Ｓ —Ｅ Ｓ Ｐ ） Ｅ １ ］ 和熔 体静 电纺 丝法 （ Ｍ—Ｅ Ｓ Ｐ ） 。Ｓ —Ｅ Ｓ Ｐ是从 高 分 子 溶 液 中纺 丝 的方 法 ， 用溶解 在 溶 剂 中 的 高分 子 材 料 开 发 出的 纳 米纤 维 广泛应 用 于 国 防 、 医药 、 化工和电子等领域 ，
尖端 的熔 滴 由半球 形 变 成 锥 形 （ 称 为泰 勒 锥 ） ， 当外
加 电压达 到临 界值 时 ， 静 电 排斥 力 克 服 熔 体 的表 面 张力 ， 带 电射 流便 从 锥 顶 端 喷 出 ； 然后经历变动 ， 同
图 ２ 常 用 Ｍ —ＥＳ Ｐ装 置
１ ９ ８ １年 Ｌ ａ ｒ ｒ ｏ ｎ ｄ ｏ和 Ｍａ ｎ ｌ ｅ ｙ Ⅲ首 次 报道 了熔 融 高 聚物 的静 电纺 丝 技 术 ， 他 们 设 计 的熔 体 静 电 纺 丝
研 究表 明 ， 提高 聚合 物 的熔 化 温度 ， 纤维 直径会 相应 减 小 。熔 体 的粘度 不仅会 影 响静 电纺丝 过程 而且 还 会 影响纤 维参 数 。他们还 认 为静 电场参 数 同时也 与 纤 维形态 相关 ， 电场 力增 大一 倍 ， 纤 维 的直径 相应 的 减 小 一半 。此 后 ， 人 们 主要 就 改进 加 热 、 送 料装 置 、 保 温 系统 等方 面 ， 进 行 了不断 的研 究 ， 开发 出了一 些
图 ３ Ｌａ ｒ ｒ ｏ ｎ ｄ ｏ和 Ｍａ ｎ ｌ ｅ ｙ设 计 的 熔 体 静 电 纺 丝 机
２ ． １ 激 光 加 热 Ｍ —ＥＳ Ｐ装 置
图 ５ 同轴 Ｍ —Ｅ Ｓ Ｐ装 置
日 本 福 井 大 学
Ｎｏ ｂ ｕ ｏ Ｏｇ ａ ｔ ａ ［ ］ 开 发
２ ． ３ 螺杆 挤 出 Ｍ—Ｅ Ｓ Ｐ装置
环境 更友 好 、 更通用、 成 本 更低 、 生 产效 率更 高 ； 另一 方 面 Ｍ—Ｅ Ｓ Ｐ使 无 溶 剂 的工 程 塑 料 纤 维 化 及 无 共 同溶 剂 的共混 高 分 子 纤 维 化 成 为 可 能 。近 年 来 ， 开 发 和完善 熔体 静 电纺丝 技术 已成 为 研究 热点 ］ 。
ｎ ｉ ｎ ｇ ｅ ｑｕｉ ｐｍ ｅ ｎ ｔ ｓ ｔ ｈａ ｔ ｄｅ ｖ ｅ ｌ ｏｐｅ ｄ ｒ ｅ ｃ ｅ ｎｔ ｌ ｙ ａ ｒ ｅ ｅ ｌ ａ ｂ ｏｒ ａｔ ｅ ｄ ｉ ｎ ｄｅ ｔ ａ ｉ ｌ ．
Ｋｅ ｙ ｗｏ ｒ ｄ ｓ ： Ｍｅ ｌ ｔ — ｅ １ ｅ ｃ ｔ ｒ ｏ ｓ ｐ ｉ ｎ ｎ ｉ ｎ ｇ，Ｅ１ ｅ ｃ ｔ ｒ ｏ ｓ ｐ ｉ ｎ ｎ ｉ ｎ ｇ ｅ ｑ ｕ ｉ ｐ ｍｅ ｎ ｔ ｓ ，Ｒｅ ｓ ｅ ａ ｒ ｃ ｈ ｄ ｅ ｖ ｅ ｌ ｏ ｐ ｍｅ ｎ ｔ
ＬＩ Ｕ Ｔａ ｉ ｑｉ ，ＸＵ Ｙｕ ａ ｎｑ ｉ ｎ。， ＣＡ Ｏ Ｂｉ ｎ ｂｉ ｎ ，ＣＨ ＥＮ Ｘｉ
Ｒｅ ｓ ｅ ａ ｒ ｃ ｈ Ｄｅ ｖ ｅ ｌ ｏ ｐ ｍｅ ｎｔ ｏ ｎ Ｍ ｅ ｉ ｔ － ｅ ｌ ｅ ｃ ｔ ｒ ｏ ｓ ｐｉ ｎ ｎｉ ｎｇ ａ ｎ ｄ ｉ ｔ ｓ Ｅｑｕ ｉ ｐｍ ｅ ｎｔ ｓ
时受 到静 电排 斥 力 而持 续 伸 长 ， 最后 沉 积 到接 地 收
机 如 图 ３所 示 。熔 体 经 过 活 塞 挤 出 ， 电纺 纤 维 收 集
在 金属 板 上 ， 纺丝距离为 １ ～３ ｃ ｍ， 施 加 的 电压 为 ３ ２ ０ ０ ９年 第 １ ２期 ・９ ３・
《 新技 术新 工 艺》・ 热加 工 工艺 技术 与 材料 研 究
新 型 的 Ｍ—Ｅ Ｓ Ｐ装 置 。
１ ６ ～２ ０个 碳 的 烷 烃 就 可 以 与 溶 剂 （ 壳层 Ｐ Ｖ Ｐ ／ Ｔ ｉ Ｏ ） 一 起从 同轴 喷 丝 头 中喷 出。硅 毛 细管 连 接外 部套 有绝 缘加 热丝 的玻 璃注 射器 。温 度 由温 度控 制
器调 节 。在纺 丝过 程 中 ， 喷 射 物 的冷 却 主要 依 赖 溶
常用 Ｍ —Ｅ Ｓ Ｐ 装
聚合 物 喂料
了 具 有激 光 加 热 部 的