Elektrospinnen von Polymer- und Verbundfasern

Elektrospinnen ist ein faserbildendes Verfahren, bei dem aus einer polymerhaltigen Flüssigkeit oder Schmelze unter einem starken elektrischen Feld kontinuierliche Fasern im Nano- bis Submikrometerbereich erzeugt werden. Zentrales Element ist der sogenannte Taylor‑Kegel an der Kapillare oder Düse, aus dem bei Überschreiten einer kritischen Spannung ein Flüssigkeitsstrahl austritt, der durch elektrostatische Kräfte stark ausgedehnt und ausgedünnt wird.

Die resultierenden Elektrospinnfasern weisen eine hohe spezifische Oberfläche, meist hohe Porosität im Vliesverbund und oft eine weitgehend amorphe oder orientierte Mikrostruktur auf. Dies macht sie für Filtration, Tissue Engineering, kontrollierte Wirkstofffreisetzung, Sensorik sowie als Funktionsschichten in Energie- und Speichersystemen interessant.

Verarbeitbar sind viele Lösungen und Schmelzen auf Basis synthetischer und biobasierter Polymere sowie polymerer Nanokomposite. Prozessbestimmend sind u. a. Viskosität, Leitfähigkeit, Oberflächenspannung und Verdampfungsrate des Lösungsmittels sowie elektrische Feldstärke, Förderrate und Kollektorgeometrie. Durch geeignete Prozessführung lassen sich Faserdurchmesser, Orientierung und Schichtdicke gezielt einstellen.

Fortgeschrittene Varianten wie koaxiales oder triaxiales Elektrospinnen ermöglichen Kern‑Mantel- bzw. Mehrschichtfasern mit definierter Architektur, etwa zur Verkapselung sensibler Wirkstoffe oder zur Kombination mechanisch tragender und funktionaler Hüllen. Damit stellt das Elektrospinnen eine Schlüsseltechnologie für maßgeschneiderte Faserarchitekturen in hierarchischen Werkstoffsystemen dar.

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