DOI: 10.1021/acsapm.2c00263

在制造业中，生产速度对经济周转率起着至关重要的作用，而这个问题通常也是技术开发的关键因素。对于基于纳米级纤维元素形成和相对较低纤维产量值的静电纺丝而言，提高其实验室和工业规模应用的产能也是极其可取的。在本文中，进行了一项联合实验-理论研究，以探索溶液性质对提高静电纺丝产量的影响。选择无针静电纺丝工艺是因为它比其他静电纺丝方法具有更高的生产率和更强的升级潜力。以使用聚硅氧烷添加剂的聚氨酯溶液作纺丝溶液，结果表明，降低溶液表面张力且增加溶液粘度的添加剂，如PDMS-OH，可以显著提高纳米纤维支架的生产速度。实验证实，使用低至2%w/w的添加剂，产量从0.99增加到5.5556g/cm2。因此，添加剂的使用有利于提高产量，通过调整表面张力、粘度和相对介电常数以增加静电纺丝产量。综上，本研究通过使用添加剂定制溶液特性，为提高静电纺丝产量奠定了基础。

图1.Nanospider纺丝室示意图。

图2.线电极上锥形射流形成的示意图以及作用在溶液上的主要力（不按比例）。

图3.添加PDMS-OH后溶液性质的变化；（a）表面张力，（b）粘度，（c）应用频率在200-20,000（MHz）之间的平均相对介电常数，（d）电导率，（e）导线上的平均薄膜厚度（理论计算）和（f）毛细管数量（理论计算）。

图4.实验观察和理论计算每单位长度导线的射流数量与PDMS-OH量的函数关系。

图5.在含有2%PDMS-OH添加剂的DMF中，静电纺丝PUR溶液的过程图。每个框架中心的水平黑线是钢丝电极。比例尺代表5mm。

图6.在不含添加剂的DMF中，静电纺丝PUR溶液的过程图。每个框架中心的水平黑线是钢丝电极。比例尺代表5mm。

图7.PDMS-OH添加剂对产量的影响：（a）电纺膜的单位面积重量与PDMS-OH添加剂量的函数关系（实验数据），以及（b）有助于提高产量的参数变化百分比（即射流数、平均射流速度、平均射流半径和溶液密度）与PDMS-OH量的函数关系（数学计算）。