高速离心纺丝最早可以追溯到1924年，Hooper申请的离心纺丝设备专利，该专利中提出的纺丝装置可以在旋转产生的离心力的作用下将纤维胶以及相似物纺制成人造丝。离心纺丝技术与棉花糖机颇有渊源，它们有着共同的纺丝机理。棉花糖在制备前先将糖加入储料槽中加热熔融，之后熔融态糖液在离心力的作用下从喷嘴中甩出射流经拉伸、冷却、卷绕后形成棉花糖。离心纺丝在20世纪60年代在工业方面用于大规模制备玻璃纤维，处于熔融状态的玻璃被注入可以高速旋转的金属容器，金属容器的转速一般为2000～3000 r/min，在金属容器侧壁上分布着数千个小孔用于使玻璃溶液喷出，为使得玻璃溶体处于液态，在制备过程中金属容器的温度需保持在900～1000℃。在玻璃纤维制备过程中，玻璃熔体经容器壁的小孔喷出形成玻璃流，最终在高速气流和黏合剂的作用下冷却凝固成玻璃纤维，然后以纤维垫的形式收集在传送带上。最终，玻璃纤维垫被切割成理想的宽度和长度，用于各种终端。虽然玻璃纤维的离心纺丝主要是在工业上进行应用的，但可以看出，利用离心纺丝制备各种纤维的概念已经在工业实践中播下了种子。其制备原理如图1-12所示。1970年，Chen和Miller等人对该设备进行了改进，并成功利用离心纺丝技术制备出了合金纤维。Hiroaki等人于1987年公开专利并提出利用装置高速旋转时产生的离心力来代替传统方法中的压力泵，将聚合物熔体旋转拉伸制成纤维，随后关于离心纺丝的研究开始逐渐增多。

图1-12　玻璃纤维制备原理

在纳米概念提出之前，离心纺丝技术并未得到重视，纳米纤维的优越性被人们探索出来后，关于纳米纤维制备方法的研究达到了高潮，研究人员分析设计了一系列纳米纤维制备方法，如熔融纺丝、静电纺丝等。但是随着纳米纤维应用越来越广，传统纳米纤维制备方法已经无法满足目前的需求，此时以高速旋转产生的离心力为驱动力来制备纳米纤维再次回到了研究人员的视野。

2009年，Sarkar等人研发出一种称为Forcespinning的离心纺丝装置，该装置可以以纺丝溶液和纺丝熔体为原料进行纳米纤维的制备，纳米纤维的几何形态可以通过改变喷丝头的转速、喷孔的截面形状、收集装置以及加工温度进行调节。Forcespinning离心纺丝装置已成功用于制备聚环氧乙烷、聚乳酸、铋、聚丙烯、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯、聚乙烯醇吡咯烷酮和聚苯乙烯等纳米纤维。随后美国FibeRio公司将该技术投入实际应用并研发出一系列纳米纤维生产设备，生产出的纤维直径平均值≤500 nm并且生产效率得到了极大提高，这标志着离心纺丝技术开始在工业上大规模应用。2010年，张以群等提出一种水平盘式旋转离心纺丝法，其具体原理是：熔融状态的原料在旋转盘的离心力作用下，在盘上扩散，随后熔膜逐渐变薄并破裂，在离心分离后拉伸成丝并最终凝结形成纤维。该发明适用于制备聚合物和各种无机纤维，由于该法采用电磁加热技术，可精确控制纺丝温度，因此可以解决熔体纺丝在装置上因为加热部分而复杂、难控制的问题，但是所制备的纤维直径在微米范围内（1～1000 μm），还未达到纳米级别。

2010年，哈佛大学的Badrossamay等人提出了另一种离心力纺丝的解决方案，称为旋转射流纺丝。通过控制装置喷嘴的几何形状、转速和聚合物溶液来控制纤维的形态、直径和孔隙度，研究人员利用该方法制备出各向异性的可生物降解聚合物聚乳酸纤维，并应用于组织工程（新生大鼠心室肌细胞的构建）。该装置可在4000～12000 r/min转速范围内制备直径为50～3500 nm的纤维，实验结果表明聚乳酸纳米纤维的形态结构与制备参数间存在必然联系，当聚乳酸溶液浓度低于4%时，只能得到球状聚乳酸纳米纤维，随着溶液浓度的逐渐增加，球状纤维逐渐减少，连续性纳米纤维逐渐增多，当聚乳酸溶液浓度为8%、电动机转速为12000 r/min时所制备出的聚乳酸纳米纤维直径最小，具体数据如表1-4所示。(www.daowen.com)

表1-4　聚乳酸纳米纤维形态结构与工艺参数间的关系

Stojanovska等人利用高速离心纺丝法制备出木质素纳米纤维，并通过优化转速、喷嘴直径和收集距离等给出了最合适的工艺参数。Karen Lozano等在专利US20090280207中提出一种制备超细纤维的离心纺丝装置，属于高速离心纺丝领域，之后在该专利的基础上又做了大量的实验研究，对各种纺丝原料进行实验，研究离心纺丝中各种外部因素（转速、温度、喷嘴几何工艺参数、收集器与喷丝口距离、圆盘直径等）以及材料本身（黏度、溶剂配比、溶剂蒸发率等）对纤维（纤维直径、液珠形成、热稳定性、纤维形态和膜结构、结晶度等）的影响，并建立了详细的数学模型，深入分析了射流的动力学和流变学特征。

随着对纳米纤维形态结构要求越来越高，单一结构的纳米纤维已经无法满足工业需求，为此，研究人员提出了通过高速离心力制备具有多种结构的复合纳米纤维的构想。Zuniga等人利用离心纺丝技术制备了二氧化钛和碳（TiO2/C）构成的复合多孔纳米纤维，如图1-13所示。通过研究其性能发现TiO2/C复合多孔纳米纤维具有良好的电化学性能。与非中空纤维相比，这种中空形态允许改善电化学性能，表现出优异的循环稳定性，增强的比容量和超过100次循环的优异容量保持性，具有作为下一代锂电池阳极材料的潜力，并且提出离心纺丝法可以用于大规模制备锂电池阳极材料。

图1-13　多孔TiO2/C复合纳米纤维扫描电镜图