静电纺丝纤维力学性能提升方法及应用研究进展*

赵肖娟，于 嫚

(西安航空学院 材料与工程学院，西安 710077)

0 引 言

静电纺丝是通过高压电场拉伸有一定粘度的聚合物形成纤维的技术，典型的静电纺丝设备包含3个主要的组成部分：高压电源，喷丝头(由连接有金属针头的注射器和注射泵组成)，接收装置。在纺丝的过程中，首先将高压电场作用于纺丝液，从而使悬挂在针头处的纺丝液滴电极化，随后电荷布满整个液滴的表面。受到电场力的作用，液滴变成圆锥形(Taylor锥)，当电压增大，最终超过临界值，电荷斥力克服纺丝液滴的表面张力，液滴表面就会喷射出微小的液体流，称作射流。这些射流在一个较短的距离内经过电场力高速拉伸、溶剂挥发及固化最终落于接收板上形成无纺布状的长纤维。

通过调控前驱体溶液组成、性质(粘度、表面张力、介电性、电导率等)、纺丝工艺(推进速度、接收距离等)、烧结条件(氛围、温度、速率等)，静电纺丝通常能够得到新颖的材料及独特的微纳结构，如高度连通的孔结构[1-2]、中空管结构[3]、周期性珠串结构[4]。得益于优良的构效关系，电纺纤维在空气净化、柔性电子器件、自支撑超级电容器、药物缓释、组织工程、超浸润材料等众多应用中表现良好[5-9]。但由于电纺纤维的力学性能较低导致其在很多应用领域受到限制[10-12]。例如传统的锂离子电池、超级电容器等产品是刚性的，在弯曲、折叠时容易造成电极材料和集流体分离，影响电化学性能，甚至导致短路，发生严重的安全问题；在典型的压力或真空抽滤驱动下进行污水过滤时，电纺膜要有足够的机械强度以承受苛刻的操作条件。因此，电纺纤维的力学性能提升研究具有普遍意义。本文将对已见报道的提升电纺纤维力学性能的方法、机理做全面的综述和总结，对其典型应用做简单讨论，并对影响微纳米纤维膜力学性能因素及进一步提升力学性能的方法等方面进行分析和展望。

1 静电纺丝纳米纤维力学性能提升方法

1.1 纳米填充

通过纳米填充提升电纺纤维机械性质通常是利用本身力学性能优异的纳米材料与聚合物基体复合形成电纺前驱体溶液，随后纺丝得到强韧复合纤维。此法操作简便、有效，无需复杂的制备过程以及附加的实验装置，常用的纳米填充质包括碳纳米管(CNT)、晶态纳米纤维素(CNC)、氧化石墨烯(GO)以及羟基磷灰石(HA)等。

Xu等[13]选用CNT和CNC作为填充质，并利用聚集诱导发光(AIE)分子将二者桥连形成组装体，分散于聚乙烯醇(PVA)溶液中电纺得到CNT-AIE-CNC/PVA复合纳米纤维。如图1所示，得益于组装体的取向性排列及各纳米填充质、聚合物基质之间的协同相互作用，加入填充质的复合纤维力学性能较纯PVA纤维明显提高，拉伸强度、断裂伸长率、杨氏模量、韧性的增幅分别为106%、104%、35%、308%。Cheng等[14]将CNT分散于聚丙烯腈(PAN)溶液中，通过静电纺丝得到CNT-PAN纳米复合纤维，相比于纯的聚丙烯腈纤维，碳纳米管增强的复合纤维在拉伸强度上提高了40%。Deng等[15]将CNC作为增强质填充到醋酸纤维素中得到的复合纤维拉伸强度提高了102%。

图1 (a)TEM图显示CNT-AIE-CNC 组装体沿着纤维轴向排列；(b)不同CNT-AIE-CNC与PVA质量比的CNT-AIE-CNC/PVA复合纤维的应力-应变曲线；(c)韧性[13]Fig 1 (a) TEM image showing aligned ensemble of CNT-AIE-CNC along fiber axis, (b) typical stress-strain curves of the CNT-AIE-CNC/PVA with varying weight ratio of (CNT-AIE-CNC):PVA; (c) toughness[13]

Song等[16]通过电纺GO、纳米二氧化硅、PAN的混合前驱体溶液，并经过碳化及刻蚀等后处理得到了柔性自支撑的石墨烯改性微/介多孔复合碳纤维材料(G/NPCFs)，二氧化硅纳米粒子的加入不仅充当造孔剂还加剧了碳纤维的石墨化程度。同时，在复合纤维力学性能的提升上起到了关键性的作用。使得材料在较高的硫负载量下(53 %(质量分数)仍然保持较高柔性和机械性能，折叠之后可完全恢复(图2)，且电化学性能表现依然良好，应用于锂-硫电池时表现出较高的容量及优异的倍率性能，在5C循环下具有长达500圈的循环寿命，且其每圈循环的容量衰减速率仅为0.047%。李等[17]通过静电纺丝法制备了纳米羟基磷灰石增强的聚己内酯/明胶(PCL/Gel/n-HA)纤维膜，研究结果表明，n-HA有效增加了纤维膜的力学性能，当n-HA含量为15%时，其拉伸强度和伸长率分别为9.18 MPa和180%，相较于PCL/Gel纤维分别增加203%和240%。

图2 (a)S/G/NPCFs纳米纤维柔性演示；(b)碳纳米纤维应力-应变曲线[16]Fig 2 (a) Demonstration of the flexible characteristic of S/G/NPCFs nanofibers and (b) typical stress-strain curves of as prepared carbon films[16]

1.2 纤维交叉点焊接

电纺后，纤维逐层堆叠于接收板上，在交叉点处有微弱接触。而电纺纤维在实际使用过程中通常是整张膜发挥作用的，因此纤维-纤维之间的桥连也是决定纤维膜力学性能的关键因素之一。通过交叉点焊接使纤维之间的相互作用增强，可保证电纺膜在受到拉伸时应力首先在纤维之间有效传递，避免使过程中电纺膜发生撕裂。焊接之后纤维呈网状结构，受到拉伸时，网格首先被拉细变长，发生面外弯曲形变，随着受力增大，裂纹逐渐形成，使部分尺寸较小的网格断裂与周围网格合并形成更大的网格，此种多级网状结构赋予了材料优异的可拉伸性能。纳米纤维可以通过热处理、溶剂处理及化学交联等方法将交叉点焊接在一起，形成网状结构。交叉点焊接可有效提高纤维性能，尤其是力学性能和电学性能[18]。

1.2.1 热处理焊接

热处理常用于聚合物纤维的焊接，通过给聚合物纤维加热使其发生玻璃化转变(温度控制在Tg和Tm之间)，在交叉点处的聚合物分子将融为一体，达到焊接目的。Lee等[19]将电纺PCL纤维置于54～60 ℃的Pluronic F127中加热后，使纤维交叉点处融合在一起。55 ℃热焊接后PCL纤维的断裂强度由5.1 MPa增加到9.1 MPa，断裂伸长率由417%增加到765%。Huang等[20]首先利用静电纺丝技术制备了表面包覆多壁碳纳米管(MWCNTs)的聚偏氟乙烯-六氟丙烯(PVDF-HFP)纳米纤维，随后通过热焊接工艺使纳米纤维形成牢固连接，所制备的纤维表现出良好的导电性和优异的机械性能(图3(a))，如图3(b)所示，热处理温度为130 ℃时拉伸强度和模量可达(35.4±7.3)和(624.4±148.6)MPa，而原始纤维仅为(5.1±1.7)和(43.9±14.6)MPa。

图3 (a)制备柔性导电纳米纤维膜的工艺示意图;(b)原始PVDF-HFP、MWCNT/PVDF-HFP纳米纤维膜在120和130 ℃退火处理后的应力-应变曲线图[20]Fig 3 Schematic of the process for the fabrication of a flexible conducting nanofibrous mat, and typical stress-strain curves of the pristine PVDF-HFP and MWCNT/PVDF-HFP nanofibrous mats after the annealing treatment at 120 and 130 ℃, respectively[20]

对于熔点较高的聚合物，可利用低熔点聚合物作掺杂，充当焊接剂，降低热处理温度。Shi等[21]通过电纺结合热处理的方法制备了PAN/木质素/P123(PAN/lignin/P123)复合碳纤维，低熔点的P123充当焊接剂，在热处理过程中将相邻的碳纳米纤维焊接，形成网状结构，有效增加了复合纤维的力学性能。He等[22]在木质素中掺杂10%的聚氧化乙烯(PEO)进行电纺得到复合纤维，热处理后相邻碳纳米纤维之间融合形成网状结构(图4)。

图4 交叉点焊接碳纳米纤维膜的制备过程[22]Fig 4 The fabrication process of the fused carbon fibrous[22]

除了直接加热外，利用光热效应焊接掺杂有光热染料或金属纳米粒子(Au和Ag等纳米粒子)的纤维，也给焊接法增强纤维力学性能提供了新思路。例如，Elbahri等[23]利用激光照射掺杂有银纳米粒子的PVDF纳米纤维，银纳米粒子吸收光子，然后将热量有效地传递到周围的聚合物基体，成功焊接了PVDF纳米纤维的交叉点。Xia等[24]将近红外染料吲哚菁绿(ICG)引入电纺聚合物中，暴露于近红外激光后，由于染料的强烈光热效应，纳米纤维在其交叉点处明显焊接(图5(a))。此过程大大提高了纳米纤维膜的机械强度，如图5(b-e)所示，在ICG含量为1%，0.2 W/cm2激光照射2 s的条件下，焊接纤维膜的极限应力，断裂伸长率和杨氏模量分别为(30.7±1.0)MPa、(360.2±16.7)%、(17.9±0.6)MPa，均明显高于原始纤维膜((17.3±1.0)MPa、(285.5±8.8)%、(10.7±0.5)MPa)。

图5 (a)ICG-掺杂的PCL电纺纤维SEM图(ICG含量为1%，辐照度为0.2 W/cm2，808 nm激光照射2 s)；相应的应力-应变曲线(b)；极限应力(c)；断裂伸长率(d)；弹性模量(e)[24]Fig 5 (a) SEM images of ICG-doped PCL nanofibers electrospun from solutions containing ICG at concentrations of 1%, after exposure to an 808 nm diode laser at irradiances of 0.2 W/cm2 for 2 s, Corresponding Stress-strain curves (b), ultimate stress (c), elongation at break (d) and elastic modulus (e)[24]

1.2.2 溶剂处理焊接

交叉点焊接的另一种有效途径是溶剂处理，即将纳米纤维薄膜置于合适的溶剂蒸汽中，使纳米纤维溶胀或者部分溶解，在交叉点处焊接在一起，如二氯甲烷(DCM)可用来焊接PCL、聚(d，l-乳酸-羟基乙酸共聚物)(PLGA)及聚苯乙烯(PS)纳米纤维，N、N-二甲基乙酰胺(DMAC)可用来焊接PVDF-HFP，N、N-二甲基甲酰胺(DMF)可用来焊接PAN和聚砜(PSU)[25-27]。

Xia等[25]将PCL纳米纤维，暴露于DCM蒸汽中一定时间后，两相邻的PCL纤维在交叉点处发生焊接。焊接后，纤维的杨氏模量由(8.41±0.31)MPa增加到(16.5±0.56)MPa，拉伸强度由(11.53±0.89)MPa增加到(21.4±1.08)MPa。Li等[26]将PVDF-HFP电纺纤维置于DMAC蒸汽中同样得到了交叉点焊接的PVDF-HFP纤维(图6a-d)。蒸汽处理40 min后，纤维的杨氏模量、断裂伸长率、拉伸强度分别可达(6.3±1.3)MPa、(104±6.0)%、(16.2±1.7)MPa，相较于处理前，增幅分别为117%、79%、90%(图6(e))。随后，该课题组又发展了一种更具普适性的稀溶剂焊接技术用于提升纳米纤维力学性能，即利用稀释溶剂(用非溶剂稀释聚合物溶剂)喷涂电纺纳米纤维膜，然后加热焊接。焊接程度可以通过改变溶剂的体积分数、加热温度和加热时间控制。研究表明，稀溶剂焊接可有效增加纳米纤维膜的杨氏模量和拉伸强度[28]。经过溶剂处理后的聚吡咯烷酮(PVP)-In2O3复合纤维在交叉点处被焊接，煅烧除去PVP之后，焊接的In2O3纳米纤维在力学性能和导电性能上均有明显提升[29]。溶剂处理焊接可明显提升纤维力学性能，但不会改变其结构，焊接程度主要依赖于溶剂蒸汽压和溶剂暴露时间。

图6 N-HFM纳米纤维的SEM图：(a)溶剂处理前；(b)DMAC溶剂处理20 min；(c)DMAC溶剂处理40 min；(d)DMAC溶剂处理60 min；(e)不同时间处理前后N-HFMs的应力-应变曲线[26]Fig 6 SEM images of N-HFM before vapor treatment (MO: a), and after exposure to DMAC for 20 min (T1: b), 40 min (T2: c), 60 min (T3: d), (e) stress-strain curves of the N-HFMs before and after the vapor treatment for different periods of time[26]

1.2.3 化学交联焊接

化学交联通常借助光照、加热或者交联剂使纤维发生化学反应形成共价键达到焊接目的，通过控制合适的交联程度，交叉点可以焊接在一起，而不会显著改变纤维形貌。Ding等[30]通过电纺聚酰胺酰亚胺(PAI)和双马来酰亚胺(BMI)单体混合溶液得到PAI/BMI复合纤维，经过冷冻干燥、220 ℃加热引发BMI聚合后形成化学交联的PAI/BMI互穿聚合物网络气凝胶，如图7所示，相邻纤维通过共价交联焊接在一起，实现了超弹性、高压缩应力(应变为60%时为7.9 kPa)和模量(12 kPa)，并增强了热稳定性。

图7 不同放大倍数下的IPNFA SEM图像显示：(a)均匀的网状结构；(b)纤维-纤维结合点；(c)IPNFA强健机械性能演示[30] Fig 7 SEM images of the obtained IPNFAs with different magnifications: (a) the uniform cellular structure and (b) the fiber-fiber bonding point, (c) images showing the robust mechanical property of IPNFAs[30]

Wang等[31]将淀粉纳米纤维置于戊二醛溶液中进行化学交联，成功引入C-O-C键，使纤维焊接。戊二醛交联后的淀粉纤维表现出优异的力学性能、水稳定性及抗菌性能。与原始纤维相比，拉伸强度提高了近10倍，模量提高近9倍(图8)。McCutcheon等为了克服电纺膜机械强度低导致压力驱动下的液体过滤挑战，提出了一种温和的化学改进方法，这种化学修饰涉及一种叫多胺的亲水聚合物(PDA)。将PDA沉积在PAN和PSu电纺纳米纤维膜上之后，整个纳米纤维膜的结点显著增加。由此获得的膜具有足够的机械强度，能够承受压力或真空引起的过滤[32]。

图8 交联前后淀粉纤维膜的照片：(a)交联前；(b)交联后；交联前后淀粉纤维膜的SEM图：(c)交联前;(d)交联后；(e)不同时间交联前后淀粉纤维的应力-应变曲线[31]Fig 8 (a, b) Photos of a starch fiber membrane before and after phase crosslinking, (c, d) SEM images of starch fiber membrane before and after phase crosslinking, (e) stress-strain curves of the starch fiber before and after the crosslinking for different periods of time[31]

由于强健的引入，化学交联焊接对拉伸强度提升效果显著，但光交联引发剂、化学交联剂等有毒有害化学试剂的使用限制了此法的广泛应用。

1.3 物理修饰

常用的物理修饰方法包括机械拉伸和热处理。当沿一个方向机械拉伸时，纳米纤维中的聚合物分子链会被迫沿拉伸方向发生取向。因此，纳米纤维中聚合物的结晶度提高，从而提高了纤维膜的拉伸强度[18]。Wang等[33]在90%(体积分数)的乙醇溶液中机械拉伸电纺丝蛋白膜，研究发现，丝蛋白纤维的β-折叠构象、结晶度以及沿着拉伸方向取向的纤维数目均随着拉伸比增加。当拉伸比为1.4时，断裂强度、断裂能分别由拉伸前的1.8 MPa和93.2 J/kg增加到8.6 MPa和172.2 J/kg。机械拉伸和热处理或溶液处理相结合的方法，可进一步调控纳米纤维中聚合物的结晶度，从而提升力学性能。Yang等[34]将电纺PAN-聚甲基丙烯酸甲酯(PAN-PMMA)核壳纤维沿着轴向机械拉伸100%后又在120 ℃下热处理5 min，得到的纤维拉伸强度和模量较原始纤维分别提升了673.4%和875.3%。但值得注意的是，如果拉伸过度将会使纤维断裂，反而降低纤维膜力学性能。

热处理电纺纤维有助于提升其力学性能和热稳定性。原因在于热处理过程中往往伴随着形成新的晶区使纤维结晶度提高，或者发生诱导扩散提升纤维均一性。Chu等[35]热处理聚(乙交酯-co-丙交酯)(PLGA)纤维使其结晶度提高，力学性能增强明显。但热处理或撤去拉伸应力后纤维膜由于应力松弛可能会发生收缩，纤维膜尺寸发生变化。

2 静电纺丝纳米纤维应用

2.1 分离过滤

近年来，糟糕的空气质量、频繁的海洋溢油及有机物泄露已经成为世界上最严重的环境问题之一并危及人类健康。膜分离过滤技术无污染、效率高、适用范围广是改善环境问题重要而有效的方法。静电纺丝纳米纤维膜由于高比表面积、高孔隙率、高连通性、可控结构等独特的性能，在空气过滤、污水处理等领域具有广阔的应用前景[36-37]。

为获得具有高效、低阻的空气过滤膜，Ding等[38]通过电纺结合冷冻干燥将SiO2纳米纤维、细菌纤维素纳米纤维及疏水性Si-O-Si弹性粘合剂构筑为具有强大机械性能的笼状结构超柔性纳米纤维气凝胶(CSA)，随后通过N-卤胺化合物二羟甲基-5，5-二甲基乙内酰脲修饰使其具有病原体灭活功能。CSA的笼状纤维结构和N-卤胺接枝基团，结合其强大的机械性能，使其成为具有可再生抗菌和抗病毒的空气过滤材料。碳基纤维膜具有超疏水性及优异的机械性能和化学稳定性，在油水分离领域展现出巨大的应用潜力，但脆性大。Li等[39]通过静电纺丝结合热处理及氟化工艺制备出柔性超疏水的碳纤维膜(CFMHF)，测试结果表明，CFMHF具有较高的通油量(3 590 L/(m2·h))，油水分离效率可达98%以上(图9)。

图9 (a)CFMHF 制备示意图；(b)CFMHF柔性展示；(c)不同ZnAc含量的CFMs力学性能表征[39]Fig 9 (a) Schematic diagram of the preparation of CFMHF, (b)demonstration of the flexible characteristic of CFMHF, (C) elastic modulus and stress-strain curves of CFMs in different ZnAc amount[39]

2.2 电化学储能

电纺纳米纤维由于长径比高，比表面积大、电子/离子传输速率快、可修饰性好等优点使其在电化学储能领域受到越来越多的关注[40]。具有优异电化学性能的金属氧化物电纺纳米纤维通常经过煅烧得到，因此几乎呈粉状，缺乏机械完整性，在组装电池时若无粘结剂将不能直接使用。柔性、自支撑可穿戴电子设备的研究应运而生，成为近几年的研究热点[41-42]。研究策略通常为将电纺纤维在惰性气体氛围中进行煅烧，使绝缘聚合物碳化，一方面增加其导电性，一方面作为载体，给金属氧化物提供骨架支撑，保持结构完整性。此外，石墨化后的聚合物普遍具有一定的柔性，可自支撑作为储能材料。

Li等[43]通过静电纺丝制备了柔性可折叠的SnS2@C-2纳米纤维(图10)，并通过调整SnS2的比例，实现了SnS2的均匀分布和SnS2@C-x纳米厚度的控制(280～1470 nm)。将其应用于钾离子电池负极材料时，SnS2@C-2纳米纤维表现出较高的可逆容量(457.4 mAh/g@0.05/g)，优异的循环稳定性(～1000圈@2.0 A/g)和倍率性能(219.4 mAh/g@5.0 A/g)。Hou等[44]通过电纺和随后的碳化处理得到了自支撑可折叠的V2O3/多通道碳纳米纤维(V2O3/MCCNFs)复合材料，V2O3/MCCNFs电极具有出色的容量及超长的使用寿命，在0.1 A/g下经过240圈循环后，仍可提供881.1 mAh/g的优异容量。在5 A/g的高电流密度下循环5000圈后，其容量仍可达487.8 mAh/g，而衰减率仅为0.00323%。V2O3和多通道结构的协同作用促进了电解液的渗透，缩短了Li+的传输长度，同时增加了活性物质/电解液的接触面积并缓冲了材料的体积变化。

图10 (a)静电纺丝法制备过程示意图；(b)SnS2@C-2纳米纤维柔性演示[43]Fig 10 Schematic illustration of the synthetic process via the electrospinning method, and demonstration of the flexible characteristic of SnS2@C-2 nanofibers[43]

Liu等[45]通过静电纺丝成功制备了具有优异机械柔性的SnTe/C纳米纤维膜(SnTe/CNFM)，在弯曲、卷曲、折叠和揉捏后仍可恢复到原始状态而不会发生任何损坏。将其用作锂/钠离子电池的自支撑负极时，表现出优异的电化学性能。研究表明，当用于锂离子半电池时，在1 000 mA/g下循环1 000圈后的放电容量为526.7 mAh/g，以LiFePO4为正极，组装成锂离子全电池时，其在500 mA/g下循环80圈后的放电容量为236.5 mAh/g。此外，当用于钠离子半电池时，在200 mA/g下循环200圈后，放电容量为182.7 mAh/g，以Na0.44MnO2为正极，组装成钠离子全电池时，在500 mA/g下循环50圈后的放电容量为207.0 mAh/g。

2.3 生物医学

静电纺丝纳米纤维在各种生物医学领域均有广泛的应用[46]。研究者通过对其直径、孔隙率、取向、堆叠、图案、表面官能团、机械性能和生物降解性等结构和性能进行设计，获得了各类纤维支架，用于伤口敷料或干细胞分化，以增强各种类型组织(例如，神经、皮肤、心脏、血管和肌肉骨骼系统)和组织界面的修复或再生[18]。

Yin等[47]自制手持式静电纺丝装置制备了具有防水、透气和抗菌活性的百里酚负载聚氨酯(EPU)纤维膜伤口。研究结果表明，由EPU、氟化聚氨酯(FPU)和百里酚组成的纳米纤维膜结构均一，且具有优异的防水性和抗菌性及力学性能，其静水压为17.6 cm H2O，透气性为 3.56 kg/(m2·d)，拉伸应力高达1.83 MPa，应变高达453%(图11)。为了增加成骨诱导率和血管化，Wan等[48]发展了一种MOF晶体修饰的不对称双层PCL/胶原蛋白(PCL/Col)电纺膜用于引导骨再生。文中通过优化PCL/Col质量比实现了复合膜的机械性能和降解速率的可控。体外实验表明，PCL/Col/ZIF-8复合膜为成骨细胞提供了基础微环境，最终在大鼠颅骨缺损模型中实现了骨和血液血管的同时修复。

图11 不同百里酚含量的EPU/FPU/Thymol纤维膜SEM图：(a)2 wt%；(b)wt%4；(c)wt%6；(d)8 wt%；(e)EPU/FPU/Thymol-8纤维膜透气性展示；(f)EPU/FPU/Thymol纤维膜应力-应变曲线[48]Fig 11 SEM images of EPU/FPU/Thymol membranes with various thymol contents: (a) 2 wt%, (b) 4 wt%, (c) 6 wt%, and (d) 8 wt%, (e) a demonstration of the breathable performance of the EPU/FPU/Thymol-8 fibrous membranes, (f) stress-strain curves of EPU/FPU/Thymol membranes[48]

3 结 语

在过去的20年中，随着静电纺丝技术的发展，静电纺丝微纳纤维的结构和组成设计取得了显著进展，可适应各种应用。通过控制纺丝工艺、调控前驱体组成以及结合后处理等过程，各种各样的材料，如聚合物、小分子、纳米粒子以及复合材料已经成功地被电纺成纳米纤维，各种各样的结构，如多级孔、中空、核壳以及图案化结构被成功构筑。由于其卓越的性能，电纺纳米纤维在环境保护、能量收集/转换/储存和生物医学等领域得到了广泛的应用。但静电纺微纳米纤维材料较低的力学性能很大程度上限制了其进一步的应用。虽然目前发展了多种力学性能增强方法，但均具有一定的局限性。例如，通过纳米填充得到的复合纤维的力学性能往往与填充质本身相距甚远，像CNT、CNC这样本身力学性质非常优秀的材料在作为增强质制备复合材料之后，机械性质也未能充分的发挥，其中最主要的原因在于填充质分布不均匀或者填充质与基质的界面相互作用弱导致的应力传递障碍；交叉点焊接或物理修饰程度难以精确控制导致力学增强效果有限。

静电纺微纳米纤维材料力学性能与传统纤维材料相比，仍存在较大的差距，应从(1)提高纳米填充质在聚合物基质里的分散程度；(2)调节聚合物分子链及纳米填充质在聚合物基质中的取向；(3)增强纳米填充质之间和纳米填充质与聚合物基质之间的界面相互作用等方面增强单根纤维的力学性能。利用纤维之间的缠结、交联增强纤维膜的宏观力学性能。此外，应考虑从单根纤维-纤维膜多层次结构出发对材料进行协同增强设计提升电纺纤维力学性能，从而进一步拓展电纺纤维的应用场景。