　　靜電紡最早出現(xiàn)在20世紀(jì)初期。1917年，Zeleny J闡述了靜電紡絲的原理。1934年，F(xiàn)ormhals申請(qǐng)了制備聚合物超細(xì)纖維的靜電紡絲裝置專利；1966年，Simons申請(qǐng)了由靜電紡絲法制備超薄、超細(xì)非織造膜的專利；1981年，Larrondo等對(duì)聚乙烯和聚丙烯進(jìn)行了熔融靜電紡絲的研究；1995年，Reneker研究組開始對(duì)靜電紡絲進(jìn)行研究，靜電紡絲迅速發(fā)展；1999年，F(xiàn)ong等對(duì)靜電紡絲納米纖維串珠現(xiàn)象及微觀結(jié)構(gòu)作了研究；2000年，Spivak等首次采用流體動(dòng)力學(xué)描述靜電紡絲過程，并且提出了靜電紡絲的工藝參數(shù)；2004年，捷克利貝雷茨技術(shù)大學(xué)與愛勒馬可公司合作生產(chǎn)的納米纖維靜電紡絲機(jī)問世。

　　納米纖維將來最廣泛的用途之一是用于過濾材料。利用靜電紡絲方法能夠得到直徑為幾十或幾百納米的納米級(jí)纖維、形成的纖維氈重量輕、滲透性好、表面積大、孔隙率高、內(nèi)部孔隙的連通性好，很適合用作過濾材料。在基布上鋪上納米纖維層復(fù)合后，基布的過濾效率可明顯提高，納米纖維層的孔徑比基布約小兩個(gè)數(shù)量級(jí)，且納米纖維層孔徑分布均勻、離散度小。

　　由于人們認(rèn)識(shí)到納米纖維可以顯著提高各種濾材的過濾性能，納米纖維的研發(fā)取得了巨大的進(jìn)步。納米纖維（直徑小于1微米的超細(xì)纖維）技術(shù)已經(jīng)問世了許多年。目前最常用的納米纖維生產(chǎn)工藝就是靜電紡絲。

　　靜電紡絲是最常用的納米纖維生產(chǎn)工藝。該工藝用到注射器、噴嘴、毛細(xì)管或活動(dòng)發(fā)射器。這些設(shè)備提供的聚合物液體在高壓靜電場(chǎng)作用下被吸引到一個(gè)收集區(qū)內(nèi)。當(dāng)聚合物溶液從發(fā)射器拉出時(shí)，經(jīng)過靜電區(qū)加速，最后通過溶劑揮發(fā)形成纖維。

　　最初，對(duì)于工業(yè)化生產(chǎn)來說，靜電紡絲的生產(chǎn)效率非常低，增加了納米纖維的生產(chǎn)成本。靜電紡絲還會(huì)生產(chǎn)出大量的二維平面結(jié)構(gòu)纖維，缺乏深度或者說是沒有Z方向性。這種結(jié)構(gòu)適用于表面過濾，但不適用于深度過濾。靜電紡絲納米纖維通常比較脆弱，容易斷裂或從基材表面脫落。因此需要一種改進(jìn)的納米纖維，克服目前的靜電紡絲納米纖維所存在的缺點(diǎn)。

　　靜電紡絲法制備納米纖維的影響因素很多，這些因素可分為溶液性質(zhì)，如：粘度、彈性、電導(dǎo)率和表面張力；控制變量，如：毛細(xì)管中的靜電壓、毛細(xì)管口的電勢(shì)和毛細(xì)管口與收集器之問的距離，環(huán)境參數(shù)，如：溶液溫度、紡絲環(huán)境中的空氣濕度和溫度、氣流速度等。其中主要影響因素包括：

　　(1)、聚合物溶液濃度。聚合物溶液濃度越高，粘度越大，表面張力越大，而離開噴嘴后液滴分裂能力隨表面張力增大而減弱。通常在其它條件恒定時(shí)，隨著濃度增加，纖維直徑增大。

　　(2)、電場(chǎng)強(qiáng)度。隨電場(chǎng)強(qiáng)度增大，高分子靜電紡絲液的射流有更大的表面電荷密度，因而有更大的靜電斥力。同時(shí)，更高的電場(chǎng)強(qiáng)度使射流獲得更大的加速度。這兩個(gè)因素均能引起射流及形成的纖維有更大的拉伸應(yīng)力，導(dǎo)致有更高的拉伸應(yīng)變速率，有利于制得更細(xì)的纖維。

　　(3)、毛細(xì)管與收集器之間的距離。聚合物液滴經(jīng)毛細(xì)管口噴出后?在空氣中伴隨著溶劑揮發(fā)，聚合物濃縮固化成纖維，最后被接收器接收。隨兩者間距離增大，直徑變小。

　　(4)、靜電紡絲流體的流動(dòng)速率。當(dāng)噴絲頭孔徑固定時(shí)，射流平均速度顯然與纖維直徑成正比。

　　(5)、收集器的狀態(tài)不同，制成的納米纖維的狀態(tài)也不同。當(dāng)使用固定收集器時(shí)，納米纖維呈現(xiàn)隨機(jī)不規(guī)則情形，當(dāng)使用旋轉(zhuǎn)盤收集器時(shí)，納米纖維呈現(xiàn)平行規(guī)則排列。

　　新型納米纖維技術(shù)

　　相對(duì)于傳統(tǒng)的電紡工藝，一種新開發(fā)的無溶劑納米纖維涂層技術(shù)具有更大的靈活性、可控性和耐久性。

　　這種新的納米涂層通常由直徑為0.3-0.5微米的纖維制成，但有時(shí)纖維尺寸最高可達(dá)1微米。纖維的直徑分布和涂層厚度可以根據(jù)應(yīng)用需求的不同而靈活改變。這種納米纖維技術(shù)可以顯著改善濾材的過濾性能。

　　新的納米纖維層厚度在15-30微米之間，可以直接涂覆在過濾基材上。這種納米纖維涂層可以涂覆在各種無紡布基材上，例如玻纖、木漿紙或合成纖維，而電紡纖維需要依靠樹脂來粘結(jié)。納米纖維技術(shù)可以在基材上制備單層或雙層納米涂層，第二層可以采用相同或不同的聚合物制成。

　　過濾基材的成分由濾材的特定應(yīng)用決定，可以通過使用不同結(jié)構(gòu)的基材，達(dá)到所需的結(jié)構(gòu)性能，例如硬度、強(qiáng)度、打褶性和耐高溫性。

　　如前所述，支撐基材或底層材料可以根據(jù)目標(biāo)應(yīng)用場(chǎng)合而改變。對(duì)于中型空濾、燃?xì)廨啓C(jī)、汽車空氣過濾和脈沖清灰應(yīng)用，大多選用木漿紙或合成纖維-木漿紙混合基材。在HVAC、液體過濾、汽車座艙空氣過濾和HEPA過濾中，支撐基材可以選用木漿紙、玻纖、合成纖維、紡粘和熔噴無紡布。

　　不同的納米纖維層可以根據(jù)應(yīng)用的需求涂布于濾材的不同位置上。例如，在汽輪機(jī)或重型空濾應(yīng)用中，納米纖維層可以放置在過濾基材的迎風(fēng)面，以提高表面過濾性能。納米纖維層也可以放置在過濾基材的出風(fēng)面，以提高深度過濾性能，捕獲介質(zhì)內(nèi)部的微粒。

　　納米纖維涂層濾材的應(yīng)用

　　納米纖維可以提高濾材的過濾性能。這種性能的改進(jìn)可以在汽車進(jìn)氣過濾、計(jì)算機(jī)硬盤驅(qū)動(dòng)器的通風(fēng)口過濾和高效過濾應(yīng)用中體現(xiàn)出來。對(duì)于汽車座艙空氣過濾器，微粒的去除關(guān)系著乘客的舒適性和健康。納米纖維在活動(dòng)式和固定式發(fā)動(dòng)機(jī)以及工業(yè)過濾應(yīng)用中可以改進(jìn)過濾性能。

　　對(duì)于發(fā)動(dòng)機(jī)、燃?xì)廨啓C(jī)和燃燒爐，去除空氣流中的顆粒是非常重要的，因?yàn)檫@些顆粒會(huì)導(dǎo)致內(nèi)部部件的重大損壞。另外，在其他場(chǎng)合，如氣體生產(chǎn)或汽車尾氣和工業(yè)廢氣中可能含有破壞性的顆粒物質(zhì)，去除這些顆粒可以保護(hù)下游的設(shè)備，將廢棄物對(duì)環(huán)境的污染降至最低。

　　這種新型的耐久性納米涂層也可用于自潔式或脈沖清灰過濾器。在濾材迎風(fēng)面形成的灰餅可以利用反脈沖氣流除去，從而使濾材再生。當(dāng)脈沖回沖使濾材表面受到強(qiáng)力沖擊時(shí)，振動(dòng)波從過濾器內(nèi)部穿過基材到達(dá)納米纖維層后，與基材粘結(jié)不強(qiáng)的納米纖維可能會(huì)因此剝離。新型納米纖維濾材與基材有很好的粘合性，且納米纖維涂層本身具有持久的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性、更高的過濾效率和較低的壓降，使其在脈沖清灰應(yīng)用中具有較長(zhǎng)的使用壽命和較高的效率。

　　在重型空濾、除塵器和潔凈設(shè)備中，納米纖維層被用在濾材的迎風(fēng)面。而在諸如汽車進(jìn)氣、座艙空濾、燃油和潤(rùn)滑油的過濾中，納米纖維層被置于濾材的出風(fēng)面，以捕集微粒并將其限制在空氣過濾介質(zhì)中，大大提高過濾效率，同時(shí)獲得更高的效率和容塵量。

　　結(jié)果表明，納米纖維涂覆的材料比標(biāo)準(zhǔn)木漿紙具有更好的可清潔性。自潔式過濾器有兩個(gè)主要功能：確保微粒不會(huì)滲透或穿過濾材和非常高的過濾效率。

　　對(duì)于燃?xì)廨啓C(jī)，高效濾材可以防止渦輪葉片受到灰塵顆粒的破壞。對(duì)于灰塵濃度較高的工業(yè)過濾或處于多風(fēng)沙環(huán)境下的燃?xì)廨啓C(jī)，高效深度過濾器并非最佳解決方案，因?yàn)檫^濾器中的空氣通道會(huì)被灰塵切斷。表面過濾可以將截獲的灰塵聚集在過濾器的表面，并形成一個(gè)均勻的灰餅，使壓降緩慢上升。

　　濾材迎風(fēng)面的納米纖維層可以防止灰塵進(jìn)入濾材內(nèi)部，從過濾一開始，幾乎所有的微粒都被截留在濾材的表面，形成一個(gè)粘在一起的結(jié)構(gòu)均勻的灰餅，從而得到穩(wěn)定的流阻。理想情況下，灰餅應(yīng)該整塊去除，這樣就不會(huì)有微粒進(jìn)入濾材內(nèi)部。否則，灰餅在清洗過程中會(huì)被撕破，殘余的微粒進(jìn)入到濾材內(nèi)部不能有效去除，將導(dǎo)致壓降升高。

　　膜式和無紡布式過濾器被業(yè)界廣泛使用，用于從液體或氣體中分離固體。其中既有常規(guī)過濾器，如用于進(jìn)氣口的簡(jiǎn)單濾塵器，也有重要的過濾器，如防止腎衰竭的透析過濾器。

　　通常根據(jù)成本、處理的便利性和性能要求等因素來考慮過濾介質(zhì)的選擇。許多不同的材料都可供使用，但是在需要反復(fù)使用過濾器的場(chǎng)合，不論它們經(jīng)常工作在多么惡劣的環(huán)境下，包括清潔過程，都必須保證在產(chǎn)品的整個(gè)使用壽命期內(nèi)，過濾介質(zhì)的孔徑始終保持統(tǒng)一性和一致性。

　　為了達(dá)到這種程度的可靠性，傳統(tǒng)上一直采用具有高抗性和剛性的聚合物來制造可復(fù)用的過濾介質(zhì)，例如聚偏二氟乙烯（PVDF）和聚四氟乙烯（PTFE）。但是，這些材料相當(dāng)貴，而且需要經(jīng)過復(fù)雜的化學(xué)處理才能獲得更多的性能優(yōu)勢(shì)。所以，更理想的情況是，使用一種更廉價(jià)的，易于成形的過濾介質(zhì)，然后應(yīng)用其他的工藝來改變其表面性能，以獲得期望的拒液性。

　　非織造過濾材料正逐步取代傳統(tǒng)材料成為過濾材料的主流，而納米纖維過濾材料具有優(yōu)越的過濾性能。靜電紡納米纖維由于直徑小，具有很大的比表面積，在成型的網(wǎng)氈上有很多微孔，因此有很強(qiáng)的吸附力以及良好的過濾性能。但納米纖維氈的強(qiáng)度低、機(jī)械性能差，所以需要增加基布來提高強(qiáng)度。同時(shí)還有許多其他問題有待解決。例如，納米纖維過濾材料結(jié)構(gòu)的控制與性能的穩(wěn)定，新技術(shù)的開發(fā)與利用等。因此，需進(jìn)一步研究有關(guān)靜電紡納米纖維氈的集合體微觀結(jié)構(gòu)與其性能之間關(guān)系，利用靜電紡絲簡(jiǎn)單、快捷制造納米級(jí)纖維的特點(diǎn)與其它研究領(lǐng)域相結(jié)合，達(dá)到性能互補(bǔ)，提高靜電紡納米纖維過濾材料的應(yīng)用價(jià)值，實(shí)現(xiàn)成果產(chǎn)業(yè)化研究。