静电纺丝过程

在溶液静电纺丝过程中，当带电的液体为高分子聚合物溶液时，在喷头末端施加的电压超过某个临界值时，就会从喷头未端悬垂的泰勒锥顶端形成射流。这些射流经过一个较短距离的稳定运动后，进入不稳定运动阶段，经过一系列的拉伸、溶剂挥发，聚合物溶液射流发生固化，最后沉积在接收极板上，形成聚合物纤维。

静电纺丝过程参数

在这个过程中，聚合物溶液的性质(包括聚合物相对分子质量、溶液浓度与黏度、表面张力、电导率、溶剂性质、溶液温度)、工艺参数(包括施加电压、溶液注射速度、纤维的接收距离、喷头直径电压类型)、环境参数(包括温度、湿度)等都会对纤维的形态结构产生影响。

电压

电压是静电纺丝过程中重要参数之一，并对获得的纤维形貌结构有一定影响。只有施加在聚合物流体上的电压超过临界电压，电荷斥力大于表面张力，纺丝过程才能顺利进行。

一般来说，电压越高，电场力越强，溶液受到的拉伸力就越大，能让丝变得更细。当施加电压过大时，射流会不稳定，会产生串珠结构。

溶液浓度

溶液浓度是影响分子链在溶液中缠结的决定性因素。随着浓度增加，溶液黏度增加，有利于形成纤维。

在静电纺丝溶液浓度和黏度较低的情况下，只能获得聚合物珠粒。这是因为溶液射流在静电纺中受力拉伸，分子链没有缠结或缠结度不够，发生断裂造成的。随着浓度进一步提高，珠粒数量急剧减小，变成棒状。当浓度为30%时，获得无串珠的均匀纤维。随着溶液浓度增加，纤维直径增加。

聚合物相对分子质量

相对分子质量对静电纺纤维的形貌有直接的影响。当相对分子量较低时，获得珠粒状纤维。聚合物射流在电纺过程中出现断裂，分子链未被充分拉伸，形成串珠结构。

如下图，当增加相对分子质量2.2万时，获得均匀的无珠粒圆形纤维。说明相对分子质量增加，分子链缠结度增加，不会发生断裂，形成均匀的纤维结构。当继续增加相对分子质量，得到扁平带状的无珠粒纤维。

注射速度

聚合物流体的注射速度在一定程度上决定电纺过程中的可纺溶液量，对于给定的电压，在喷头处会形成一个相对稳定的泰勒锥。

注射速度会影响泰勒锥的状态，注射速度偏低，射流不稳定；注射速度偏高，泰勒锥发生跳动，进而影响纤维的形貌结构。当流速过快，因为来不及被电场精细拉伸，纤维直径较大，甚至会出现滴液现象；当流速过低，流得慢，会得到串珠结构。

相对湿度

静电纺丝中，相对湿度是一个关键参数，影响溶剂的蒸发速率，进而影响纳米纤维的形貌结构、机械性能、孔隙率等。

湿度对纤维多孔结构具有决定性的影响。比如，湿度增加，孔的数量增多、孔的分布变宽。高湿环境下，纤维表面光滑，纤维内部为多孔结构，在低湿度下，纤维表面褶皱，内部为实心结构。

当湿度过大，纤维还会出现黏结现象。这是由于高湿度下，聚合物吸水，溶剂挥发变慢导致的。

接收距离

静电纺丝过程中，纤维的接收距离指喷头末端到纤维接收器间的距离。其直接影响电场强度，进而影响到射流在电场中的拉伸程度和飞行时间。

若纤维接收距离过小，则电场强度增大，射流速度加快，飞行时间缩短，可能导致溶剂挥发不完全，纤维之间发生部分黏结。当接收距离增大到一定程度，溶剂可充分挥发，就能获得较细的均匀纤维。

最后，给大家列出一些参数对纤维直径和形貌影响的一般规律，如下图所示。但由于各个参数之间相互联系，大家在调控参数时，要结合纺丝现象和具体案例进行调控。