電紡製程與設備

電紡絲設備是採用高電壓施加直流電，正極聯結末端的金屬針 頭，負極則是連結至金屬板上以形成迴路，並且在電紡區域形成一高 壓電場。接著將高分子流體由針筒等容器盛裝，並且連接注射幫浦以 固定速度推進，使高分子流體從針筒經由矽膠管緩緩流至末端金屬針 頭時，因為電荷密集累積於液珠上，使液珠成帶電狀態，當靜電斥力 越趨強大，會使液珠緩慢形成泰勒錐並且不斷擺動液珠，持續拉伸而 變成長條型液柱噴射出來，在噴射期間溶劑揮發使溶質成為長條形並 且固化，最後連續性的落在收集板上而形成微奈米級的纖維絲。如圖 2.1。

圖 2.1 電紡絲製程與設備[16]

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2.2.1 電紡絲製程的種類介紹

電紡絲製程一般可細分為單軸式電紡絲與同軸式電紡絲。單軸式 的電紡絲設備結構較簡單，尤其以注入高分子溶液的操作簡便；然而 同軸式電紡絲的設備較複雜，因為必須同時控制兩種高分子溶液以提 供穩定的進給速度以便於電紡實驗的進行，而且必須避免在電紡過程 中，溶液由矽膠導管與金屬噴頭的連接縫隙中溢出，造成兩種溶液的 混合以致同軸電紡失敗。

一般而言，同軸電紡會比單軸電紡對環境的控制更嚴格，因為同 軸電紡絲的內部管道通常會添加含有特殊性質的高分子溶液，並且需 要分析其釋放狀況，因此環境控制細膩程度對電紡成絲的效果是有一 定成度的正相關。所以有效的控制環境溫度、濕度可以很明顯影響同 軸電紡絲的纖維形貌。

圖 2.2 同軸式電紡絲進料結構

13 表面張力，超越雷力極限(Rayleigh limit) 而使泰勒錐爆裂開來，形成 更多更小的帶電液滴，因此產生高分子液體噴灑的現象，就是電噴灑。

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另一個重要的影響，就是流體動力學的不穩定性。進行電紡時，

纖維表面的破裂與纖維絲徑不一等情形都與流力不穩定性息息相關 [22]。外部施加電場時，靜電也同時造成射流不穩定性，形成射流擺 動現象(Whipping)，這將會導致射流發生分裂。當這種持續不斷的擾 動或是雜訊一直發生，逐漸形成傳遞現象，就會造成不穩定。常見的 不穩定現象有三種[21]，(1)黏性雷利不穩定(Plateau-Rayleigh)、(2)軸 對稱不穩定、(3)非軸對稱不穩定。

圖 2.3 電紡與電噴灑示意圖

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16 flexible、semi-rigid、rigid 三種，鍵結完成的高分子流體可以形成各 種濃度(consentration)、剪切黏度(shear viscosity)、拉伸黏度

(elongational viscosity)、表面張力、導電程度等。近年來許多學者發 表文獻，研究高分子纏繞的流變性質相關議題。

poly(methylmethacrylate)的線性高分子，分子量範圍從 12,470 到 365,700 g/mol，並且進一步探索在 25°C，適當溶劑下，粘度和濃度之 間的關係，並探討這些關係對纖維靜電紡絲過程中的成形影響。針對