聚合物纤维直径越细、比表面积越大,单位质量材料发挥的功能性越强,因此纤维细化一直是纤维制造领域的研究热点。近期新型冠状病毒疫情中大量使用的口罩依靠更细的聚合物纤维以及静电吸附效应来实现气凝胶的过滤,但是市场上口罩的纤维细度仍在数微米,因此实现从微米纤维到纳米纤维的绿色制造意义重大。静电纺丝技术为纤维尺度从微米向纳米跨越打开了一条产业化制造新途径,近年来得到学术界和工业界重点关注。本人所在的团队针对传统毛细管溶液静电纺丝技术存在效率低、溶剂污染及易堵塞等问题,提出了熔体微分静电纺丝新方法,已制备了平均纤维直径为990 nm的聚丙烯(PP)和微米级聚乳酸(PLA)纤维。如何让纤维细度进入到800 nm以内,并接近溶液电纺的300 nm,极具有挑战性。辅助气流有助于使微分多射流进一步牵伸细化,辅助热气流有助于射流在牵伸过程中保持熔融状态,前期国内外学者对于气流辅助的静电纺丝均有研究,但是却无法与熔体微分电纺系统配套,研究也不够深入。本课题基于熔体微分静电纺丝技术及装备,提出采用改变辅助气流温度、气流加载方式使纤维进一步细化。具体的研究内容如下:首先提出二级加载气流辅助熔体微分电纺多级牵伸纤维新工艺,创新性地在熔体微分静电纺丝技术中同时引入两股气流,一股加热气流从喷头内部中心进气管引出,一股常温气流通入喷头下方的气流引射器,分别形成一级加热气流、二级常温气流在引射器入口形成的局部负压气流、二级常温气流和高压静电场对微分多射流的多级牵伸细化过程。分别研究了纤维的直径及直径分布与一级加热气流的温度、速度之间的关系。结果表明一级加热气流速度及温度的上升会降低纤维平均直径并且提高纤维直径均匀性,但过高的气流速度及温度则会影响纺丝进程及降低纤维膜均匀性,最佳纺丝工艺参数区间为一级加热气流温度为120～160℃,气流速度为78.6～117.8 m/s(气流流量为8～12 m3/h),二级气流速度为197 m/s,成功制备出平均直径为610 nm的PLA纤维和810 nm的PP纤维。进一步研究了负压热气流辅助熔体微分电纺多级牵伸纤维新工艺。创新性地将加热气流引入到喷头下方的气流引射器中,形成喷头与引射器之间的电场、热气流在引射器管口形成的局部负压气流以及引射器喷出的热气流对射流的多级牵伸细化作用,分别阐述了气流温度及纺丝距离与纤维直径及均匀性的关系,研究了气流温度对纤维膜孔隙率及孔径分布的影响,得出最佳的纺丝区间参数为加热气流温度80～120 ℃,纺丝距离5～7 cm,成功制备了平均直径为400 nm的PLA纤维。最后,将上述工艺参数应用于热塑性聚氨酯(TPU)超细纤维开发。成功利用负压热气流辅助多级牵伸工艺制备出平均直径为1.21 μm的TPU纤维,与毛细管熔体电纺工艺制备TPU纤维(10 μm以上)相比,TPU纤维直径降低80%以上,与激光加热电纺TPU纤维(0.9～1.7 μm)直径相当,但把制备效率提高了 40倍。综上,提出了二级加载气流辅助熔体微分电纺多级牵伸纤维及热气流辅助熔体微分电纺多级牵伸纤维新工艺,实现了 PP、PLA纤维直径降低,并提高了纤维直径分布均匀性;进一步基于热气流辅助多级牵伸优化工艺用于TPU熔体微分电纺新材料开发,使TPU纤维制备效率及细度领先于其他熔体法纺丝技术。本文为熔体静电纺丝纤维细化工艺的探索及发展提供了新方法,此研究成果有望应用于工业化生产中。