自從1934年Formhals的第一個(gè)高壓靜電紡絲設(shè)備專利問(wèn)世以來(lái)，我們已經(jīng)走過(guò)了80年的歷程。人們?cè)谂χ^斗著，使得高壓靜電紡絲技術(shù)不斷地發(fā)展和完善。這一發(fā)展主要涉及到高壓靜電紡絲設(shè)備的紡絲效率問(wèn)題，這是保障納米纖維能夠走進(jìn)應(yīng)用的基本保障。
不言而喻，高壓靜電紡絲高效性與紡絲裝置的有效有關(guān)。通常，該裝置包括三個(gè)組成部分：噴絲頭、高壓電源、接收板。其中，噴絲頭的類型是決定高效率的關(guān)鍵。根據(jù)已報(bào)道的噴絲類型，我們可以把它們分為點(diǎn)發(fā)射、線發(fā)射和面發(fā)射，它們又可以進(jìn)一步被分為高壓靜電式和輔助高壓靜電式。
人們最常采用的是點(diǎn)發(fā)射（即針頭式），它是通過(guò)增加噴頭的數(shù)量來(lái)提高紡絲效率的，針頭數(shù)目從幾個(gè)至上千個(gè)不等，為了進(jìn)一步提高效率，人們還采用了壓力泵和負(fù)壓等輔助方式，通過(guò)壓力或氣流輔助等手段實(shí)現(xiàn)高效率紡絲；線發(fā)射是通過(guò)場(chǎng)強(qiáng)最大化來(lái)提高紡絲效率的，它包括直線型、圓盤式、螺旋型，顯然是發(fā)射線越長(zhǎng)發(fā)射效率越大；而面發(fā)射多指無(wú)針頭發(fā)射技術(shù)，是通過(guò)擴(kuò)大發(fā)射面積來(lái)提高紡絲效率的，外力（如：離心力、磁擾動(dòng)、超聲波、氣泡）附加時(shí)，紡絲效率會(huì)大大提高。
問(wèn)題是哪一種裝置的紡絲效率會(huì)更高？它同時(shí)又具有實(shí)用性和成本低等優(yōu)點(diǎn)？我們可以把高壓靜電場(chǎng)下，在射流剛要運(yùn)動(dòng)的一瞬間，點(diǎn)（針頭）—接收平板間和柱（輥或線）—接收平板間的近似最大電場(chǎng)強(qiáng)度Em可以分別寫作：
公式：
設(shè)施加的電壓U是30 kV，對(duì)電極間的距離d是200 mm，單噴嘴的半徑r是1 mm，面的半徑（輥式）r是150 mm，線發(fā)射的半徑（狹縫）r是0.25 mm，經(jīng)上述公式計(jì)算，它們的最大電場(chǎng)強(qiáng)度分別為：Emd≈270 kV/cm，Emx≈160 kV/cm, Emm≈6.7 kV/cm （d: 點(diǎn)發(fā)射；x：線發(fā)射；m: 面發(fā)射）?？梢?jiàn)點(diǎn)發(fā)射的電場(chǎng)強(qiáng)度最大，面發(fā)射的最小，線發(fā)射位于其中。在單位時(shí)間和單位面積上的相應(yīng)紡絲效率也遵循這個(gè)順序：點(diǎn)發(fā)射>線發(fā)射>面發(fā)射。當(dāng)施加輔助外力時(shí)，紡絲效率將有所提高。我們通過(guò)高壓靜電梭、電子梭、動(dòng)態(tài)電子梭、氣動(dòng)梭的發(fā)明來(lái)證實(shí)這一結(jié)論。
高壓靜電梭（專利號(hào)：ZL201110041949.2）屬于線發(fā)射的一種，利用了狹縫容器邊緣效應(yīng)。當(dāng)紡絲液靠重力溢至噴口邊緣時(shí)，就會(huì)形成大量的泰勒錐，導(dǎo)致射流快速發(fā)射和劈裂。紡絲液靠自身的重量，發(fā)生溢流，導(dǎo)致液體的不斷供給，構(gòu)成連續(xù)紡絲。當(dāng)梭口尺寸為14 mm(長(zhǎng))×0.5 mm（寬）的狹縫、電壓30 kV、接收距離為120 mm時(shí)，PVP的紡絲效率0.01 g/分鐘，平均直徑為350 nm。
高壓靜電電子梭（專利號(hào)：ZL201110217431.x）屬于輔助式面發(fā)射范疇。它把高壓靜電紡絲技術(shù)與超聲波技術(shù)相結(jié)合，使得高壓紡絲液面發(fā)生擾動(dòng)，從而形成大量的泰勒錐以及射流，適合于極性相對(duì)小的紡絲溶液（如：DMF、乙醇、ＴＨＦ溶劑等）。當(dāng)電壓70 kV，接收板距離33.5 cm，10mlPVP在8分鐘內(nèi)紡絲完畢，紡絲效率約0.043g/分，平均直徑為300 nm。
高壓靜電動(dòng)力梭（申請(qǐng)?zhí)枺?/b>CN201410094376.3）屬于輔助式單噴頭技術(shù)。讓電紡絲溶液通過(guò)氣壓原理進(jìn)入噴絲管，同時(shí)施加高壓靜電場(chǎng)和超聲波，在空氣的作用下紡絲液快速噴出。纖維膜均勻，效率很高。在紡制25%的PET三氟乙酸溶液時(shí)，電壓為80kV，接收板高度33.5cm，紡絲效率0.08g/min，平均直徑為200nm。
在我們的研制范圍內(nèi)，紡絲效率是從靜電梭到動(dòng)力梭不斷增加的。但是，不要忘記，依據(jù)高分子種類的不同，紡絲效率還是不一樣的。