静电纺丝纳米纤维发展以及在智能电子设备防护上的应用

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贾锦涛

2021-09-13

纳米材料技术是在 80 年逐步发展起来具有前沿性、交叉性的新兴技术领域, 是继信息技术和生物技术之后, 又一深刻影响人类和社会经济发展的重大技术, 它的迅猛发展将在新世纪促使几乎所有工业领域产生一场革命性的变化。21 世纪世界经济和社会的发展对纳米材料技术有着巨大的需求。纳米材料以其独特结构性能，应用很广泛，涉及到超滤膜、纺织品、生物医学、传感器以及精密电子设备等诸多方面。

从广义地说，纳米材料是指在三维空间内至少有一维处于纳米量级的材料。其大致可以分为：纳米微粒（零维）、纳米纤维（一维）、纳米膜（二维）、纳米块（三维）。其中纳米纤维包括纤维直径为纳米量级的超细纤维，也包括纳米颗粒填充到普通纤维进行改性的纤维。

纳米纤维在直径上与普通纤维相比要小很多,干纺、湿纺及熔纺等通用的纤维制备方法都无法纺出直径稳定在纳米级的纤维.为获得特殊的产品性能需选择适合的加工工艺,近年来开发了一系列制备纳米纤维的方法：

技术名称	纤维直径（nm）	成型效率（g/min）	技术特点
拉伸法	60-3000	— —	工艺简单，但纤维连续性差，仅适合高粘弹性聚合物，生产效率低
模板合成法	20-500	— —	尺寸稳定性好，但纤维连续性差，结构高度依赖于模板
自组装法	20-200	— —	纤维直径小，但纤维可控性差，工艺复杂，原料范围窄
原纤化法	100-1000	1-50（单反应器）	纤维尺寸可控性好，但工艺复杂，原料范围窄
气旋纺丝	50-2000	0.5-10（100孔）	原料适用范围广，生产效率高，但纤维直径离散度大，聚合体结构可控性差
熔喷法	300-5000	50-200（100孔寸）	生产效率高，纤维连续性好，但纤维离散度大，仅适合热塑性聚合物
闪蒸法	180-1000	2-100（100喷孔）	生产效率高，但工艺复杂，纤维直径离散度大，连续性差
静电纺丝	2-1000	1-20（100喷孔）	设备简单，纺丝成本低，可纺物质种类多，工艺可控性好

静电纺丝技术制备纳米纤维材料是近十几年来世界材料科学技术领域的较为重要的学术与技术活动之一。静电纺丝并以其制造装置简单、纺丝成本低廉、可纺物质种类繁多、工艺可控等优点，已成为有效制备纳米纤维材料的主要途径之一。

其原理是在外界高压静电场作用下使各类聚合物溶液带电，从而发生变形，聚合物溶液在喷丝头末端处形成锥状的液滴，当外界施加的静电力足够大时，以至于可以抵消其表面分子张力和内部黏结力时，那么就可以在纺丝液滴表面高速喷射出聚合物的细小液流，简称“射流”。细流在一定距离内快速通过，途中受到电场力作用的伸长、溶剂挥发、聚合物固化，从而吸附在接收极板上，从而得到纤维直径为亚微米甚至纳米数量级的聚合物纤维。

静电纺纳米纤维比传统纺丝法制得的纤维细得多，直径一般在几十纳米至几微米之间。其优越性能有以下几点：第一，纤维直径小，用这种纤维形成的非织材料，在力学性能、导电性、吸附性等方面表现出优良的性质，具有纳米级材料的独特性；第二，具有高比表面积，纤维直径减小1至2个数量级，比表面积会增大几个数量级，高比表面积使其应用得到更大的拓展；第三，高可塑造性，静电纺丝制备纳米纤维覆膜，可以有效控制纤维直径、孔径、厚度以及纤维功能性，应用场景适应性强。

日津科技秉承以客户为中心，创新发展的理念，目前已经涉及到静电纺丝纳米材料开发，目的是充分利用纳米纤维材料的独有特性，赋予基础产品更高的附加性能。其中就包括传统网纱结合静电纺丝纳米材料的产品创新，开发出不同规格的静纺覆膜的网纱材料，以满足客户更高的产品性能需求。