静电纺丝制备具有纤维取向和大孔结构的纤维网
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静电纺制备的纤维网的结构主要包括两方面： 一是纤维的线密度，二是纤维的排列。 本试验所制 备的 ＰＣＬ 纤维直径主要分布在 ０．４ ～０．８ μｍ 之间 ［见图 ２（ｄ）］，是纳米级别的纤维。 图 ２（ａ）、图 ２（ｂ） 和图 ２（ ｃ） 为静电纺丝接收不同时长的纤维网形
貌，随着 纺 丝 时 间 的 增 加， 纤 维 网 越 来 越 厚 （ 见 表 １），在圆孔处的结构越来越和周围趋向于一致。 纺丝 １ ｈ 时，纤维网较薄，圆孔处和周围结构差异 较大；而当纺丝 ４ ｈ 时，纤维网的这种差异基本消 失，即随着厚度的增加纤维的密度趋于一致，同时 纤维的取向程度明显增加（ 类似于平滑无孔滚筒 接收）。 这说明采用冲孔滚筒作为接收装置，只有 在纤维网较薄时接收装置的冲孔才会对纤维排列 起作用，才会出现不同的纤维密度排列，这是静电 场和接收滚筒转动两者造成的。 在静电纺丝过程 中，带电纤维的运动轨迹主要是由空间静电场的电 场力所决定的，带电纤维和接收装置之间电荷的相 互作用使纳米纤维选择性地聚集并形成与接收装 置表面相同的图形结构；同时，接收装置表面的高 速定向运动又使纤维受到定向的拉伸作用。 当纤 维网较薄时，接收装置上的电荷起主要作用，使纤 维趋向于接收装置图形的排列；但随着纤维网厚度 的增加，电荷由接收装置表面转移到纤维表面，使
２０１５ 年第 ４ 期 产业用纺织品 研究报告
静电纺丝制备具有纤维取向和 大孔结构的纤维网倡
刘桂阳 周 媛 （ 江苏工程职业技术学院纺染工程学院，南通，２２６００７ ）
摘 要：静电纺丝是制备纳米纤维简便而有效的方法，然而由传统平板收集的纤维网中纤维不能形成有序的 排列，并且孔隙较小，影响其应用。 采用带有冲孔的金属滚筒作为接收装置收集静电纺聚己内酯纤 维。 试验表明：纤维收集 １ ｈ 时，纤维网能在接收装置冲孔处形成圆孔形状，随着收集纤维的增多，圆 孔形状逐渐模糊，４ ｈ 时基本消失。 电镜图片显示，在纺丝 １ ｈ 时，纤维网中纤维有两种密度的排列， 圆孔处密度小（ 即形成大孔） ，周围密度大；并且，纤维的取向排列也不同，在圆孔处纤维的取向度高， 而在周围取向度低。
筒接收装置不仅改变了静电纺纤维的排列密度，而
且还使得纤维的取向程度发生改变，其中在冲孔处
纤维的排列取向度较高［ 图 ４（ ａ）］，而在周边的纤
维取向度却很低［图 ４（ｂ）］。
纤维到达接收装置时的速度可根据质量守恒
定律粗略算出：
ｖ ≈ ３５４ ×ＱρｄＷ２
（１）
式中：ｖ———纤维到达接收装置表面的速度，ｍ ／ｓ；
图 ２ 不同厚度的纤维网形貌与纤维直径分布
— ２３ —
研究报告 产业用纺织品 总第 ３１１ 期
表 １ 不同纺丝时间纤维网的厚度
纺丝时间 ／ｈ
纤维网厚度 ／ｍｍ
１
０．０７ ±０．０２
２
０．１３ ±０．０５
４
０．２４ ±０．０７
得纤维表面的电荷分布越来越趋于均匀，此时纤维 的排列受到接收装置表面定向移动的作用而趋于 取向排列。 ２．３ 孔隙大小及分布
图 ３ 纤维网的排列与孔隙分布
处的孔隙远大于周围区域。 ２．４ 纤维取向度
高速旋转的滚筒可以接收取向排列的纤维，一 般情况下，当纤维成丝速度与滚筒表面的线速度一 致时，收集到的纤维取向度较高。 本试验根据纺丝 时送液速度和纤维直径初算出纤维的成丝速度约 为 １０ ｍ ／ｓ［ 式（１）］。 然而，由图 ２ （ ａ） 可知，收集 １ ｈ时的纤维并没有形成完全取向的排列，并且在 接收装置冲孔处与周围的纤维排列差异较大。 滚
以不同的密度排列，其中冲孔处纤维密度低，金属 处纤维密度高。 本试验将接收装置的这两种作用 结合，以冲孔滚筒作为接收装置［ 图 １ （ ａ）］，制备 了静电纺纤维网［ 图 １（ ｂ）］。 从图片中可以看出， 制备的纤维网在接收装置的冲孔处形成了明显的 圆孔，由图 １（ｃ）可见，圆孔处的纤维排列情况与周 围明显不同，在圆孔处纤维排列得较为松散，而在 周围纤维排列得较为紧密。 另外，由于滚筒的转动 使得纤维发生了一定程度的取向排列，但是在圆孔 处的纤维与其周围的纤维取向程度并不相同。 这 说明以冲孔滚筒作为接收装置制备的纤维网会产 生非常独特的孔隙及纤维排列的结构。 ２．２ 纺丝厚度对纤维网形貌的影响
关键词：静电纺丝，纳米纤维，纤维网，大孔结构，取向 中图分类号：ＴＳ１０２．６ 文献标志码：Ａ 文章编号：１００４ －７０９３（２０１５）０４ －００２１ －０６
静电纺丝技术是一种能够连续制备纳米纤维 的技术［１－２］ 。 在生物医用方面，因其制备的纤维膜 孔隙率高、比表面积大，将静电纺膜作为组织工程 支架有非常独特的优势［３］ 。 组织工程支架的首要 目标是在一个三维空间实现细胞外基质的功能，引 导周围组织和细胞的迁移及生长，或为种植于支架 多孔结构中细胞的生长提供适宜的环境，保证细胞 的黏附、增殖、分化及迁移。 而天然的细胞外基质 主要由几十到几百纳米的蛋白纤维交织在一起形 成的三维网络结构［４－５］ ，因此，用静电纺丝制备的纳 米纤维网可有效地对细胞外基质进行仿生。
［２］ ＲＥＮＥＫＥＲ Ｄ Ｈ， ＹＡＲＩＮ Ａ Ｌ．Ｅｌｅｃｔｒｏｓｐｉｎｎｉｎｇ ｊｅｔｓ ａｎｄ ｐｏｌｙｍｅｒ ｎａｎｏｆｉｂｅｒｓ［ Ｊ］．Ｐｏｌｙｍｅｒ，２００８，４９（１０）：２３８７－ ２４２５．
将 ＰＣＬ 切片加入到 ＨＦＩＰ 中，用磁力搅拌器搅 拌使其混合均匀，配成浓度为 ７ ｇ ／ｍＬ 的纺丝溶液。 然后装入 １０ ｍＬ 的注射器中，针头内径为 ０．７ ｍｍ， 送液速度为 １ ｍＬ ／ｈ，针头上加 １２ ｋＶ 的高压电源。 针头可左右缓慢移动（ 速度为 １ ｃｍ ／ｍｉｎ），距离为 ５ ｃｍ，接收距离为 １０ ｃｍ，接收装置为自制的带有 冲孔的滚筒［直径 １０ ｃｍ，孔径 ２ ｍｍ，孔距 ２ ｍｍ， 如图 １（ａ）所示］。 纺丝时间分别为 １、２ 和 ４ ｈ，纺 丝时温度为 ２２ ℃，相对湿度为 ５６％。 １．３ 测试与表征
然而，利用简单的平板收集到的纤维网是纤维 散落到接收装置上随机形成的，这种杂乱无章的无 纺结构限制了其在生物医用领域的应用。 例如，血 管组织的纤维结构呈现一定的取向性，并且各部位 排列结构有所不同，如果人工血管的纤维排列能够 模拟对应部位人体血管的纤维，它与人体就有可能 更好地结合。 因此有序地收集静电纺丝成为必要［６］ 。
２．５ 拉伸性能 由图 ５ 可见，纤维网横向和纵向的断裂强度和
伸长差别很大，纤维网纵向的拉伸强度和伸长都显 著大于横向的拉伸强度和伸长。 纤维网的拉伸性 能存在明显的各向异性，这是由于纤维的取向排列 造成的。 因此，可以通过调整纤维的取向来增强纤 维网某一方向的力学性能。
（ ａ） 应力应变曲线
３ 结语
（１） 采用带有冲孔 的滚 筒作 为静电 纺丝 的接 收装置，可 制 备 具 有 纤 维 取 向 和 大 孔 结 构 的 纤 维 网。
（２） 随着厚度的增加，纤维网的大孔结构会消 失，因此，通过本方法只能制备一定厚度的具有大 孔结构的纤维网。 在一定厚度下，纤维网中纤维的 取向排列和大孔结构可以同时存在，本文的收集时 间是 １ ｈ。
１ 试验部分
１．１ 试剂与仪器 聚己内酯（ＰＣＬ，分子量 ８０ ０００，济南岱罡生物
— ２１ —
研究报告 产业用纺织品 总第 ３１１ 期
材料有限公司），六氟异丙醇（ ＨＦＩＰ，９９．５％，阿拉 丁试剂有限公司） 。
Ｎｉｋｏｎ７０００ 型数码相机，日本尼康公司；Ｓ－４８００ 型扫描电镜，日本日立公司；Ｅ－１０４５ 型喷金装置， 日本日立公司；Ｉｎｓｔｒｏｎ５５６５ 型万能材料试验机，美 国英斯特朗公司；ＹＧ１４ｌＤ 型数字式织物厚度仪，温 州大荣纺织仪器有限公司。 １．２ 试验过程
２ 结果与讨论
２．１ 纤维网的形貌与结构 如果静电纺丝用表面平滑的滚筒作为接收装
置，在一定速度下会得到取向排列的纤维网；如果 用带有冲孔的金属平板作为接收装置，则纤维就会
— ２２ —
图 １ 静电纺丝接收装置与纺丝 １ ｈ 时的纤维网形貌
２０１５ 年第 ４ 期 产业用纺织品 研究报告
（ ｂ） 断裂强度与断裂伸长
图 ５ 纤维网的拉伸性能
— ２５ —
研究报告 产业用纺织品 总第 ３１１ 期
（３） 本文制备的纤维网在力学上存在明显的 各向异性，可以根据需要在某一方向上充分利用材 料的力学性质。
参考文献
［１］ ＤＯＳＨＩ Ｊ， ＲＥＮＥＫＥＲ Ｄ Ｈ．Ｅｌｅｃｔｒｏｓｐｉｎｎｉｎｇ ｐｒｏｃｅｓｓ ａｎｄ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ ｏｆ ｅｌｅｃｔｒｏｓｐｕｎ ｆｉｂｅｒｓ［ Ｊ］．Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｅｌｅｃ－ ｔｒｏｓｔａｔｉｃｓ，１９９５，３５（ ２） ：１５１－１６０ ．
另外，静电纺丝由于超细的纤维直径，使得纤
倡江苏工程职业技术学院科研基金项目（ ＦＹＫＹ ／２０１３ ／９） 收稿日期：２０１４ －０９ －０９ 作者简介：刘桂阳，男，１９８０ 年生，讲师。 研究方向为纺织新材 料及生物医用材料。
维在接收装置上经随机排列后形成的纤维网孔隙 过小，作为组织工程支架时，孔隙小于细胞的尺寸， 阻碍了细胞的长入和三维组织的形成，从而影响了 静电纺丝在这一领域的应用［７－８］ 。 为了解决静电纺 纤维网孔隙小的问题，近年来有各种各样的方法被 用来控制静电纺纤维网的孔尺寸。 目前常用的方 法有沥滤法、光刻蚀法、微纳米纤维复合法以及改 变接收装置法等。 其中，沥滤法因为选择性地去除 纤维成分只能有限地增加孔隙率和孔径，光刻蚀法 因为采用激光消融会损伤纤维，微纳米纤维复合法 则会因为 粗 纤 维 的 加 入 而 减 小 纤 维 的 比 表 面 积。 相比之下，改变接收装置法是使接收的纤维排列发 生变化的一种有效方法，它不会损伤纤维和破坏纤 维网结构［９］ 。 因此，本文通过设计接收装置，制备 具有纤维取向和大孔结构的纤维网，并对纤维网的 形貌结构及力学性能进行表征。 具有纤维取向和 大孔结构的静电纺纤维网能有效地仿生细胞外基 质，作为组织工程支架在生物医用领域具有很大的 应用潜力。
图 ３（ａ）为纺丝 １ ｈ 时纤维网的电镜图，图中 Ａ
区为接收装置上冲孔处形成的区域，Ｂ 区为冲孔周 边形成的区域，两区域的纤维排列形态差异较大， 主要体现在纤维的排列密度上，Ａ 区的排列密度小 而 Ｂ 区的排列密度大。 为了表征两区域纤维排列 密度的不同，对两区域纤维的孔隙进行了统计和比 较。 图 ３（ｃ） 所示为低密度区的纤维网孔隙分布， 孔隙大小主要分布在 １０ ～２５ μｍ，并且分布相对较 宽。 图 ３（ ｄ） 为高密度区的纤维网孔隙分布，纤维 网的孔隙主要分布在 ５ ～１０ μｍ，并且分布较为集 中。两者相比［ 图３（ ｂ） ］ ，纤维网在接收装置冲孔
用数码相机拍摄接收装置及纤维网的总体外
观。 纤维网喷金后，用扫描电镜观察其微观形貌， 加速电压为 ３ ｋＶ。 根据 ＳＥＭ 图片，用 Ｄｉｇｉｍｉｚｅｒ 软 件（北京天演融智软件有限公司） 对纤维网进行纤 维直径和孔隙测量，统计并记录不同位置的 １００ 根 纤维直径和 １００ 个孔隙大小（ 两根相邻纤维之间 的距离）。 用 ＬａｂＶＩＥＷ 软件［１０］ 测试纤维的 取向 度。 用万能材料试验机测试纤维网纵横两方向的 强伸性能，测试温度 ２５ ℃，相对湿度 ５０％ ±２％， 样品尺寸 ４０ ｍｍ ×５ ｍｍ，样品夹持距离 １０ ｍｍ，拉 伸速度 １０ ｍｍ ／ｍｉｎ，每个样品重复 ３ 次。 样品厚度 采用数字式织物厚度仪测试，加压 ５０ ｃＮ，每个样 品重复 ５ 次。
— ２４ —
２０１５ 年第 ４ 期 产业用纺织品 研究报告
（ ａ） 低密度区
（ｂ） 高密度区
图 ４ 纺丝 １ ｈ 时纤维的取向度
Ｑ———送液速度，ｍＬ ／ｈ； Ｗ———溶液浓度，ｍｇ ／ｍＬ； ρ———高聚物 ＰＣＬ 的密度，ｇ ／ｃｍ３ ； ｄ———纤维直径，μｍ。
貌，随着 纺 丝 时 间 的 增 加， 纤 维 网 越 来 越 厚 （ 见 表 １），在圆孔处的结构越来越和周围趋向于一致。 纺丝 １ ｈ 时，纤维网较薄，圆孔处和周围结构差异 较大；而当纺丝 ４ ｈ 时，纤维网的这种差异基本消 失，即随着厚度的增加纤维的密度趋于一致，同时 纤维的取向程度明显增加（ 类似于平滑无孔滚筒 接收）。 这说明采用冲孔滚筒作为接收装置，只有 在纤维网较薄时接收装置的冲孔才会对纤维排列 起作用，才会出现不同的纤维密度排列，这是静电 场和接收滚筒转动两者造成的。 在静电纺丝过程 中，带电纤维的运动轨迹主要是由空间静电场的电 场力所决定的，带电纤维和接收装置之间电荷的相 互作用使纳米纤维选择性地聚集并形成与接收装 置表面相同的图形结构；同时，接收装置表面的高 速定向运动又使纤维受到定向的拉伸作用。 当纤 维网较薄时，接收装置上的电荷起主要作用，使纤 维趋向于接收装置图形的排列；但随着纤维网厚度 的增加，电荷由接收装置表面转移到纤维表面，使
２０１５ 年第 ４ 期 产业用纺织品 研究报告
静电纺丝制备具有纤维取向和 大孔结构的纤维网倡
刘桂阳 周 媛 （ 江苏工程职业技术学院纺染工程学院，南通，２２６００７ ）
摘 要：静电纺丝是制备纳米纤维简便而有效的方法，然而由传统平板收集的纤维网中纤维不能形成有序的 排列，并且孔隙较小，影响其应用。 采用带有冲孔的金属滚筒作为接收装置收集静电纺聚己内酯纤 维。 试验表明：纤维收集 １ ｈ 时，纤维网能在接收装置冲孔处形成圆孔形状，随着收集纤维的增多，圆 孔形状逐渐模糊，４ ｈ 时基本消失。 电镜图片显示，在纺丝 １ ｈ 时，纤维网中纤维有两种密度的排列， 圆孔处密度小（ 即形成大孔） ，周围密度大；并且，纤维的取向排列也不同，在圆孔处纤维的取向度高， 而在周围取向度低。
筒接收装置不仅改变了静电纺纤维的排列密度，而
且还使得纤维的取向程度发生改变，其中在冲孔处
纤维的排列取向度较高［ 图 ４（ ａ）］，而在周边的纤
维取向度却很低［图 ４（ｂ）］。
纤维到达接收装置时的速度可根据质量守恒
定律粗略算出：
ｖ ≈ ３５４ ×ＱρｄＷ２
（１）
式中：ｖ———纤维到达接收装置表面的速度，ｍ ／ｓ；
图 ２ 不同厚度的纤维网形貌与纤维直径分布
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研究报告 产业用纺织品 总第 ３１１ 期
表 １ 不同纺丝时间纤维网的厚度
纺丝时间 ／ｈ
纤维网厚度 ／ｍｍ
１
０．０７ ±０．０２
２
０．１３ ±０．０５
４
０．２４ ±０．０７
得纤维表面的电荷分布越来越趋于均匀，此时纤维 的排列受到接收装置表面定向移动的作用而趋于 取向排列。 ２．３ 孔隙大小及分布
图 ３ 纤维网的排列与孔隙分布
处的孔隙远大于周围区域。 ２．４ 纤维取向度
高速旋转的滚筒可以接收取向排列的纤维，一 般情况下，当纤维成丝速度与滚筒表面的线速度一 致时，收集到的纤维取向度较高。 本试验根据纺丝 时送液速度和纤维直径初算出纤维的成丝速度约 为 １０ ｍ ／ｓ［ 式（１）］。 然而，由图 ２ （ ａ） 可知，收集 １ ｈ时的纤维并没有形成完全取向的排列，并且在 接收装置冲孔处与周围的纤维排列差异较大。 滚
以不同的密度排列，其中冲孔处纤维密度低，金属 处纤维密度高。 本试验将接收装置的这两种作用 结合，以冲孔滚筒作为接收装置［ 图 １ （ ａ）］，制备 了静电纺纤维网［ 图 １（ ｂ）］。 从图片中可以看出， 制备的纤维网在接收装置的冲孔处形成了明显的 圆孔，由图 １（ｃ）可见，圆孔处的纤维排列情况与周 围明显不同，在圆孔处纤维排列得较为松散，而在 周围纤维排列得较为紧密。 另外，由于滚筒的转动 使得纤维发生了一定程度的取向排列，但是在圆孔 处的纤维与其周围的纤维取向程度并不相同。 这 说明以冲孔滚筒作为接收装置制备的纤维网会产 生非常独特的孔隙及纤维排列的结构。 ２．２ 纺丝厚度对纤维网形貌的影响
关键词：静电纺丝，纳米纤维，纤维网，大孔结构，取向 中图分类号：ＴＳ１０２．６ 文献标志码：Ａ 文章编号：１００４ －７０９３（２０１５）０４ －００２１ －０６
静电纺丝技术是一种能够连续制备纳米纤维 的技术［１－２］ 。 在生物医用方面，因其制备的纤维膜 孔隙率高、比表面积大，将静电纺膜作为组织工程 支架有非常独特的优势［３］ 。 组织工程支架的首要 目标是在一个三维空间实现细胞外基质的功能，引 导周围组织和细胞的迁移及生长，或为种植于支架 多孔结构中细胞的生长提供适宜的环境，保证细胞 的黏附、增殖、分化及迁移。 而天然的细胞外基质 主要由几十到几百纳米的蛋白纤维交织在一起形 成的三维网络结构［４－５］ ，因此，用静电纺丝制备的纳 米纤维网可有效地对细胞外基质进行仿生。
［２］ ＲＥＮＥＫＥＲ Ｄ Ｈ， ＹＡＲＩＮ Ａ Ｌ．Ｅｌｅｃｔｒｏｓｐｉｎｎｉｎｇ ｊｅｔｓ ａｎｄ ｐｏｌｙｍｅｒ ｎａｎｏｆｉｂｅｒｓ［ Ｊ］．Ｐｏｌｙｍｅｒ，２００８，４９（１０）：２３８７－ ２４２５．
将 ＰＣＬ 切片加入到 ＨＦＩＰ 中，用磁力搅拌器搅 拌使其混合均匀，配成浓度为 ７ ｇ ／ｍＬ 的纺丝溶液。 然后装入 １０ ｍＬ 的注射器中，针头内径为 ０．７ ｍｍ， 送液速度为 １ ｍＬ ／ｈ，针头上加 １２ ｋＶ 的高压电源。 针头可左右缓慢移动（ 速度为 １ ｃｍ ／ｍｉｎ），距离为 ５ ｃｍ，接收距离为 １０ ｃｍ，接收装置为自制的带有 冲孔的滚筒［直径 １０ ｃｍ，孔径 ２ ｍｍ，孔距 ２ ｍｍ， 如图 １（ａ）所示］。 纺丝时间分别为 １、２ 和 ４ ｈ，纺 丝时温度为 ２２ ℃，相对湿度为 ５６％。 １．３ 测试与表征
然而，利用简单的平板收集到的纤维网是纤维 散落到接收装置上随机形成的，这种杂乱无章的无 纺结构限制了其在生物医用领域的应用。 例如，血 管组织的纤维结构呈现一定的取向性，并且各部位 排列结构有所不同，如果人工血管的纤维排列能够 模拟对应部位人体血管的纤维，它与人体就有可能 更好地结合。 因此有序地收集静电纺丝成为必要［６］ 。
２．５ 拉伸性能 由图 ５ 可见，纤维网横向和纵向的断裂强度和
伸长差别很大，纤维网纵向的拉伸强度和伸长都显 著大于横向的拉伸强度和伸长。 纤维网的拉伸性 能存在明显的各向异性，这是由于纤维的取向排列 造成的。 因此，可以通过调整纤维的取向来增强纤 维网某一方向的力学性能。
（ ａ） 应力应变曲线
３ 结语
（１） 采用带有冲孔 的滚 筒作 为静电 纺丝 的接 收装置，可 制 备 具 有 纤 维 取 向 和 大 孔 结 构 的 纤 维 网。
（２） 随着厚度的增加，纤维网的大孔结构会消 失，因此，通过本方法只能制备一定厚度的具有大 孔结构的纤维网。 在一定厚度下，纤维网中纤维的 取向排列和大孔结构可以同时存在，本文的收集时 间是 １ ｈ。
１ 试验部分
１．１ 试剂与仪器 聚己内酯（ＰＣＬ，分子量 ８０ ０００，济南岱罡生物
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研究报告 产业用纺织品 总第 ３１１ 期
材料有限公司），六氟异丙醇（ ＨＦＩＰ，９９．５％，阿拉 丁试剂有限公司） 。
Ｎｉｋｏｎ７０００ 型数码相机，日本尼康公司；Ｓ－４８００ 型扫描电镜，日本日立公司；Ｅ－１０４５ 型喷金装置， 日本日立公司；Ｉｎｓｔｒｏｎ５５６５ 型万能材料试验机，美 国英斯特朗公司；ＹＧ１４ｌＤ 型数字式织物厚度仪，温 州大荣纺织仪器有限公司。 １．２ 试验过程
２ 结果与讨论
２．１ 纤维网的形貌与结构 如果静电纺丝用表面平滑的滚筒作为接收装
置，在一定速度下会得到取向排列的纤维网；如果 用带有冲孔的金属平板作为接收装置，则纤维就会
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图 １ 静电纺丝接收装置与纺丝 １ ｈ 时的纤维网形貌
２０１５ 年第 ４ 期 产业用纺织品 研究报告
（ ｂ） 断裂强度与断裂伸长
图 ５ 纤维网的拉伸性能
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研究报告 产业用纺织品 总第 ３１１ 期
（３） 本文制备的纤维网在力学上存在明显的 各向异性，可以根据需要在某一方向上充分利用材 料的力学性质。
参考文献
［１］ ＤＯＳＨＩ Ｊ， ＲＥＮＥＫＥＲ Ｄ Ｈ．Ｅｌｅｃｔｒｏｓｐｉｎｎｉｎｇ ｐｒｏｃｅｓｓ ａｎｄ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ ｏｆ ｅｌｅｃｔｒｏｓｐｕｎ ｆｉｂｅｒｓ［ Ｊ］．Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｅｌｅｃ－ ｔｒｏｓｔａｔｉｃｓ，１９９５，３５（ ２） ：１５１－１６０ ．
另外，静电纺丝由于超细的纤维直径，使得纤
倡江苏工程职业技术学院科研基金项目（ ＦＹＫＹ ／２０１３ ／９） 收稿日期：２０１４ －０９ －０９ 作者简介：刘桂阳，男，１９８０ 年生，讲师。 研究方向为纺织新材 料及生物医用材料。
维在接收装置上经随机排列后形成的纤维网孔隙 过小，作为组织工程支架时，孔隙小于细胞的尺寸， 阻碍了细胞的长入和三维组织的形成，从而影响了 静电纺丝在这一领域的应用［７－８］ 。 为了解决静电纺 纤维网孔隙小的问题，近年来有各种各样的方法被 用来控制静电纺纤维网的孔尺寸。 目前常用的方 法有沥滤法、光刻蚀法、微纳米纤维复合法以及改 变接收装置法等。 其中，沥滤法因为选择性地去除 纤维成分只能有限地增加孔隙率和孔径，光刻蚀法 因为采用激光消融会损伤纤维，微纳米纤维复合法 则会因为 粗 纤 维 的 加 入 而 减 小 纤 维 的 比 表 面 积。 相比之下，改变接收装置法是使接收的纤维排列发 生变化的一种有效方法，它不会损伤纤维和破坏纤 维网结构［９］ 。 因此，本文通过设计接收装置，制备 具有纤维取向和大孔结构的纤维网，并对纤维网的 形貌结构及力学性能进行表征。 具有纤维取向和 大孔结构的静电纺纤维网能有效地仿生细胞外基 质，作为组织工程支架在生物医用领域具有很大的 应用潜力。
图 ３（ａ）为纺丝 １ ｈ 时纤维网的电镜图，图中 Ａ
区为接收装置上冲孔处形成的区域，Ｂ 区为冲孔周 边形成的区域，两区域的纤维排列形态差异较大， 主要体现在纤维的排列密度上，Ａ 区的排列密度小 而 Ｂ 区的排列密度大。 为了表征两区域纤维排列 密度的不同，对两区域纤维的孔隙进行了统计和比 较。 图 ３（ｃ） 所示为低密度区的纤维网孔隙分布， 孔隙大小主要分布在 １０ ～２５ μｍ，并且分布相对较 宽。 图 ３（ ｄ） 为高密度区的纤维网孔隙分布，纤维 网的孔隙主要分布在 ５ ～１０ μｍ，并且分布较为集 中。两者相比［ 图３（ ｂ） ］ ，纤维网在接收装置冲孔
用数码相机拍摄接收装置及纤维网的总体外
观。 纤维网喷金后，用扫描电镜观察其微观形貌， 加速电压为 ３ ｋＶ。 根据 ＳＥＭ 图片，用 Ｄｉｇｉｍｉｚｅｒ 软 件（北京天演融智软件有限公司） 对纤维网进行纤 维直径和孔隙测量，统计并记录不同位置的 １００ 根 纤维直径和 １００ 个孔隙大小（ 两根相邻纤维之间 的距离）。 用 ＬａｂＶＩＥＷ 软件［１０］ 测试纤维的 取向 度。 用万能材料试验机测试纤维网纵横两方向的 强伸性能，测试温度 ２５ ℃，相对湿度 ５０％ ±２％， 样品尺寸 ４０ ｍｍ ×５ ｍｍ，样品夹持距离 １０ ｍｍ，拉 伸速度 １０ ｍｍ ／ｍｉｎ，每个样品重复 ３ 次。 样品厚度 采用数字式织物厚度仪测试，加压 ５０ ｃＮ，每个样 品重复 ５ 次。
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２０１５ 年第 ４ 期 产业用纺织品 研究报告
（ ａ） 低密度区
（ｂ） 高密度区
图 ４ 纺丝 １ ｈ 时纤维的取向度
Ｑ———送液速度，ｍＬ ／ｈ； Ｗ———溶液浓度，ｍｇ ／ｍＬ； ρ———高聚物 ＰＣＬ 的密度，ｇ ／ｃｍ３ ； ｄ———纤维直径，μｍ。