编者按——

静电纺丝技术主要分为溶液静电纺和熔体静电纺。近年来溶液静电纺发展迅速，可制备得到

纳米纤维，但是目前存在生产效率较低，溶剂回收或排放污染等问题。相比而言，熔体静电纺技

术在某种上可弥补溶液静电纺的不足，因此熔体静电纺也成为新热点。

本专栏邀请了北京化工大学的博士生导师，也是国内近年来研究熔体静电纺丝较成功的研究

者之一、并且已取得一定研究成果的刘勇老师，对熔体静电纺丝的特点以及发展状况进行介绍。

同时，我们也希望做到各位老师与学者的桥梁，让大家都能够对静电纺丝领域的发展有更全面、

直观的了解，方便研究与探讨。

熔体静电纺丝的特点与工业化

刘勇1，杨卫民1，胡平2

1北京化工大学机电工程学院，北京，1000292清华大学化工系高分子所，北京，100084静

电纺丝（简称电纺）分为溶液电纺和熔体电纺两类。其中溶液电纺因为设备简单、溶液配制

容易、方便添加多种成分、室温下即可纺丝等众多优点而受到广泛关注。目前大多数的电纺研究

都是利用溶液电纺进行的。熔体电纺诞生较晚，关注和使用该法的人也相对较少，这主要是因为1.熔体电纺设备包含加热及控制装置，比溶液电纺设备复杂；2.熔体粘度比溶液的大很多，实现

电纺所要求的电压要高很多，容易产生空气放电（击穿）现象；3.熔体电纺所要求的温度不仅高

于聚合物的熔点，而且一般比普通加工温度还要高，容易使高分子原料产生热降解；4.熔体电

纺所得纳米纤维的直径一般比溶液电纺的要高一个数量级。但熔体电纺不需要溶剂，比溶液电纺

环境友好、成本低、效率高，越来越受到国际科学界的重视，国内也有越来越多的科学家开始关

注和研究熔体电纺。虽然溶液电纺和熔体电纺这两种纺丝方式的基本原理是一样的，但下落过程

中纤维的形成有明显区别：溶液电纺纤维是靠大量溶剂蒸发，剩下的溶质固化形成的；熔体电纺

纤维是靠热量散失，高分子逐渐冷凝固化形成的。因此这两种纺丝过程中纤维超分子结构（又称

聚集态结构，是指大分子在空间的位置和排列的规整性，比如结晶和取向）的变化规律、环境因

素对纤维运动规律的影响、纤维中高分子链的运动规律等都应该有明显不同。

熔体电纺与已经工业化的熔喷纺丝从原理上说也有些相似。熔喷纺丝是采用高速热空气流对模头

喷丝孔挤出的聚合物熔体细流进行牵伸，由此形成超细纤维的一种纺丝工艺，如图1所示。熔体

电纺与熔喷纺丝都是对高分子熔体进行拉伸，直接形成纤维，不需要使用有机溶剂。二者的区别

首先是牵伸力的不同，一个是电场力，一个是热空气的拉力；其次是纤维直径的不同，熔喷纤维

的直径一般在几十微米以上，少数纤维的直径在10微米以下，熔体电纺纤维的直径多在10微米

以下，少数能达一二百纳米；还有纤维的长度不同，熔喷纤维受热空气波动的影响一般比较短，

而电纺纤维则是连续的，理论上是无限长；另外纤维直径分布也不同，熔喷纤维的直径分布很宽，

而电纺纤维的则比较窄；生产过程的能耗也差别明显，熔喷纺丝由于需要使用高温高压空气，且

不是循环利用，导致生产过程耗能巨大，而熔体电纺虽然使用高达万伏的电压，但生产过程电流

非常小，整套生产过程非常节能。

目前溶液电纺国外已有工业化生产设备在销售，但销量很小，原因在于溶液电纺过程中大量有机

溶剂的挥发很容易产生环境污染，而当前对挥发后的有机溶剂进行回收的技术尚不成熟；另外这

种生产方式的成本因昂贵溶剂的使用而太高，严重阻碍了其大规模应用。熔喷纺丝在我国已有大

大小小上百家的生产厂家，生产线有近千条，2009年生产超细纤维3万多吨，但现在的熔喷技

术发展到了瓶颈时期，一方面是因为该技术的原理决定了它不太可能生产出纳米级纤维，另一方

面是大量高压热空气的使用很难使成本再降低了。熔体电纺的工业化因为研究基础薄弱而进展缓

慢，尚未见到国内外有正式工业化生产的报道。目前作者所在研究组进行了多方面的工业化尝试，

不仅成功设计制作了大型纺丝组件（64个伞形喷头），在螺杆直径45mm，长径比25：1的双

螺杆挤出机上成功进行了熔体静电纺丝工业化初步实验，还利用专利技术一种一字架型纺丝喷头

制作了幅宽300mm长1200mm的纤维毡。[1]刘勇;郝明凤;丁玉梅;杨卫民;王德禧.一种新型一字架静电纺丝喷头[P].中国专

利:CN101871130A,2010-10-27.[2]刘勇;王欣;丁玉梅;杨卫民.一种喇叭状高效静电纺丝喷头[P].中国专

利:CN101985777A,2011-03-16.[3]刘勇;王建强;丁玉梅.一种静电纺丝的环境温度控制装置[P].中国专

利:CN102268746A,2011-12-07.[4]刘勇;邓荣坚;杨卫民;丁玉梅.一种熔体静电纺丝生产复合纤维的装置[P].中国专

利:CN101812734A,2010-08-25.[5]YongLiu,XinWang,HuaYan,ChangfengGuan,WeiminYang,DissipativeParticleDynamics

SimulationontheFiberDroppingProcessofMeltElectrospinning,JMaterSci(2011)

46(24):7877–7882[6]YongLiu,RongjianDeng,MingfengHao,HuaYan,WeiminYang,Orthogonaldesignstudyon

factorseffectingonfibersdiameterofmeltelectrospinning,PolymerEngineeringandScience,2010,50

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affectingthedegradationofpolylacticacidfibersofmeltelectrospinning,JournalofAppliedPolymer

Science,Vol.125,2652–2658(2012).

作者:刘勇，博士，北京化工大学副研究员，博士生导师。

关于溶液静电纺丝和熔融静电纺丝被引频次较多的文章

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来源：静电纺丝行业期刊