纳米纤维具有直径小、比表面积大、吸附能力强等优点,被广泛应用于环境保护、组织工程,医卫防护、催化、传感等领域。静电纺丝技术是利用高压电场力高效制备纳米纤维的一种常用方法,然而传统毛细针管静电纺丝技术存在产率低,易堵塞、难清理等问题,难以实现纳米纤维批量化生产,亟待开发可批量化生产的新型静电纺丝生产装备与技术。本文发明了一种新型实心针静电纺技术,其工作原理在于利用实心针电极顶端表面带上一定量的纺丝液,高压静电发生器所产生的直流高压作用于实心针电极并与接地极的接收装置形成高压电场,针端表面液滴在电场作用下形成泰勒锥,进而产生大量的射流。围绕实心针电极的静电纺丝实验验证,电场强度仿真与实心针结构优化,实心针电极表面液滴受力分析与临界电压理论推导和实心针静电纺丝工艺及双尺度纳米纤维复合过滤材料制备与性能等几个方面进行研究,为发展纳米纤维规模化制备的新型静电纺丝技术提供理论和实验基础。本文首先设计了集实心针电极、高压静电发生器、平板接收装置和循环供液系统的实心针电极静电纺丝装置,采用聚乙烯醇/水(PVA/H2O)溶液体系、尼龙6/甲酸(PA6/甲酸)溶液、聚丙烯腈/二甲基甲酰胺(PAN/DMF)和聚偏氟乙烯/二甲基已酰胺/丙酮(PVDF/DMAc/丙酮)等有机溶液体系以及无机溶胶溶液体系进行了相关验证。研究表明,实心针静电纺技术均可成功制备出形貌结构良好的PVA、PA6、PAN和PVDF的纳米纤维,对有机高分子溶液体系具有较好的普适性,其生产效率要明显优于传统毛细针管式静电纺丝,且解决了毛细针孔易堵塞、难清理的难题。本文还对高粘度硅铝溶胶及CuCl2/Ce(NO3)3/铝溶胶无机共混水溶液体系制备无机超细纤维进行了验证。试纺结果表明,实心针静电纺对高粘度无机凝胶体系适纺性较差,而采用气电纺技术可成功制备无机陶瓷复合纤维,但较低的生产效率限制了其在规模化生产领域的推广。其次,构建了实心针电极静电纺丝系统模型,基于Maxwell电磁方程和有限元分析(FEM)仿真模拟,考察了实心针电极形状、接收装置类型和不同系统参数对实心针电极纺丝系统的电场强度大小与分布的影响。仿真结果显示,电极形状对实心针电纺系统的电场强度大小和分布影响明显,最大电场强度的出现位置是形状曲率变化较大处,顶端形状越尖锐,最大电场强度值越大：由电场强度向量图可知,辊筒式电场矢量终点集中于辊筒底部的较窄弧线区域,而平板接收更有利于纳米纤维的扩散沉积；不同工艺参数条件仿真结果显示,纺丝电压与电场强度呈线性正相关关系,接收距离的二次幂与电场强度呈负相关关系。建立了圆弧和尖端两种结构的实心针电极顶端带液模型,对顶端表面带电液滴进行了受力分析,依据多组实心针与平板接收装置的电场强度仿真结果得到了实心针电纺过程中电场强度与接收距离相关的修正系数k；进而结合Rayleigh液滴带电不稳定电量计算公式,理论上推导出纺丝过程中实心针电极液滴射流产生所需临界电压是接收距离、纺丝电极尺寸以及溶液表面张力的函数,为实心针电纺工艺设计提供了一定的理论基础。另外,我们还系统研究了实心针电极尺度、纺丝液浓度、纺丝电压和接收距离对实心针电纺纳米纤维形貌结构与产量的影响。研究发现,实心针电极尺度越小,纺丝液浓度越低,越有利于获得直径更细的纳米纤维,但对产量有一定影响；在适当范围内提高纺丝电压也有助于制备出小直径的纳米纤维,且多射流形成几率增加,进而提高纳米纤维产量；接收距离越小,实心针顶端电场强度越大,纳米纤维射流纺丝效率越高,但过短的接收距离容易导致纳米纤维并丝和扁平结构。最后,针对纳米纤维膜力学性能差,过滤阻力高的问题,以力学性能优异的纺粘非织材料为基材,基于多实心针静电纺丝技术开发了具有双尺度PA6纳微米纤维复合过滤材料,考察了不同尺度纳微米纤维尺度组合对复合过滤材料过滤性能的影响。结果表明,通过使用两种不同浓度的纺丝液共同纺丝可成功制备出具有粗(300-500nm)、细(60-100nnm)交叠的双尺度结构纳米纤维复合过滤材料,结合小尺度纳米纤维优良的吸附特性和大尺度纳米纤维的骨架作用,赋予该纳米纤维复合过滤材料高效、低阻过滤特性,与单一尺度纳米纤维过滤材料相比,在过滤效率相当情况下,过滤阻力可降低20%以上。