靜電紡絲納米纖維：“”的薄膜

納米纖維產(chan) 品展室

納米纖維防護口罩

    文·本報記者 滕繼濮

　　當李從(cong) 舉(ju) 把一大卷一米寬,類似於(yu) 生料帶一樣的東(dong) 西擺在桌子上時，記者還沒意識到，這些材料可能是很多產(chan) 業(ye) 的未來，而麵前這個(ge) 戴著眼鏡嗓音洪亮的北京服裝學院年輕的教授，也是目前國內(nei) *可以將其低成本批量化生產(chan) 的人。

    “"薄膜功能奇特

    這是一卷白色的薄膜，觸感也與(yu) 生料帶非常相似，像傳(chuan) 統布匹店裏的布一樣卷著。

    就是這卷不太起眼的薄膜，讓北京服裝學院這座有著紡織學科傳(chuan) 統的高校，時隔十四年之後，再獲香港桑麻紡織科技獎一等獎。該獎是紡織行業(ye) 內(nei) 的獎項，終評委員會(hui) 由包括行業(ye) 內(nei) 的8位院士一齊評出。

    這種薄膜就是傳(chuan) 說中的靜電紡絲(si) 功能性納米纖維膜，一種功能強大的新材料。有多強？

    李從(cong) 舉(ju) 笑著告訴記者，有同事隔著它抽煙，發覺香煙沒什麽(me) 味道了——這隻是從(cong) 一個(ge) 側(ce) 麵反應了其過濾效果。

    如果用作口罩。這是一種的過濾材料，可以很好地過濾PM2.5以及各種病毒、雜質的同時，通氣更容易，這讓人呼吸起來順暢得多。而與(yu) 目前大多空氣淨化器中使用的HEPA（過濾膜）相比，相同的過濾效果下，納米纖維過濾膜的空氣通過率更高，膜兩(liang) 側(ce) 壓力差也更小。更為(wei) 關(guan) 鍵的一點是，成本低。

    如果用於(yu) 電池。把納米纖維膜用作動力鋰電池隔膜，可以提高電池功率，減小內(nei) 部消耗，還能提升其內(nei) 部電化學性能，尤其可以極大地改善磷酸鐵鋰電池低溫性能，甚至在零下40℃也能正常工作。

    如果用來製衣。納米纖維膜可以把細小水滴（毛毛雨）擋在外麵，隻允許水蒸氣分子透過，這正是戶外運動服裝和特種防護服裝需要的材料特性。

    如果用作油水分離。目前海洋石油泄露事件都是用吸油棉處理，而如果采用這種材料吸附原油，不但效果更好，也能大幅降低成本。

    另外，電紡絲(si) 納米纖維無紡膜具有高孔隙率、低滲透阻力的特點，可以製成高通量、低能耗的便攜式超濾膜紡織品（如手絹），用於(yu) 戶外快速淨水，為(wei) *訓練、作戰、森林救火、旅遊、野外作業(ye) 、探險、礦業(ye) 等快速提供清潔水源，做好後勤保障。

    還有，有些被開發出來的應用，甚至連李從(cong) 舉(ju) 都沒有想到過。在他看來，一定還會(hui) 有。

    結構精細“帶電"生產(chan)
    這種材料的特殊性能來自於(yu) 其特殊結構。纖維的直徑可達200納米，甚至更細，這比頭發絲(si) 細了幾百倍，意味著其比表麵積（單位質量物料
所具有的總麵積）非常大，用其製成的材料也因此具備很多特殊功能。

    “看起來是一層細膩的薄膜，但如果用顯微鏡觀察，就能看到其內(nei) 部有很多小孔。"李從(cong) 舉(ju) 說。

    要得到這樣的纖維膜需要通過靜電紡絲(si) 技術。靜電紡絲(si) 是一種能夠直接、連續製備聚合物納米纖維的方法，它可以將聚酯、聚氨酯、聚乙烯等聚合物，紡製出直徑範圍從(cong) 小於(yu) 3 納米到超過1微米的超細纖維，並沉積在接收板上得到無紡布。

    “普通編織是把線絲(si) 用機械力牽拉編製，靜電紡絲(si) 是先將聚合物溶液加上三萬(wan) 伏特高壓，使其極化，然後在電場力的作用下把材料拉出來紡織。"李從(cong) 舉(ju) 簡單地說明了一下原理。

    記者查閱的資料顯示，靜電紡絲(si) 不同於(yu) 傳(chuan) 統的紡絲(si) 加工技術，其主要是借助於(yu) 高壓靜電場使聚合物溶液或熔體(ti) 帶電並產(chan) 生形變，在噴頭末端處形成懸垂的錐狀液滴，當液滴表麵的電荷斥力超過其表麵張力時，在液滴表麵就會(hui) 高速噴射出聚合物微小液體(ti) 流，簡稱“射流"。這些射流在一個(ge) 較短的距離內(nei) 經過電場力的高速拉伸、溶劑揮發與(yu) 固化，終沉積在接收板上，形成聚合物纖維。

    而在站在機器前的記者看來，高分子溶液似乎更像是被加熱過的砂糖，生成的糖絲(si) 又被規律地編織成了薄膜；如果沒有規律，就成了“棉花糖"。

    　生產(chan) 設備重中之重

    “幾乎全國的院校都在做靜電紡絲(si) 。"李從(cong) 舉(ju) 說。

    記者了解到，除了李從(cong) 舉(ju) 教授所在的北京服裝學院材料科學與(yu) 工程學院，絕大部分都還停留在實驗室階段，做出的薄膜一般為(wei) A4紙大小，或者需要有支撐層收集，而真正可以實現低成本批量化生產(chan) 的唯此一家。目前其年生產(chan) 能力可達50萬(wan) 平方米，而占地麵積僅(jin) 50平方米。

    “該成果*國內(nei) 沒有針對靜電紡絲(si) 技術量產(chan) 純納米纖維膜的設備及係統的空白，對我國納米纖維產(chan) 業(ye) 的發展具有重要價(jia) 值和意義(yi) ，純納米纖維生產(chan) 係統生產(chan) 效率高、穩定性好，技術創新*，有很強的經濟效益和社會(hui) 效益，同時，該成果在空氣淨化、水處理和新能源等領域同樣具有廣闊前景，符合產(chan) 學研合作研究成果。"這是國內(nei) 院士專(zhuan) 家，給予這一成果的評定。

    這其中重要的一點就是“量產(chan) 純納米纖維膜的設備及係統"，而當記者問他打造的設備有何不同時。李從(cong) 舉(ju) 隻狡黠地笑笑說，我有著十幾年的積累，一直在做這一件事，再說我們(men) 是傳(chuan) 統的紡織院校，當然是我們(men) 懂紡織多一些，我們(men) 時常泡在紡織企業(ye) 裏，也許一個(ge) 工人就能給我們(men) 很大的啟發，這個(ge) 可是文獻裏看不到的。

    “我是四川人，以前沒有吃過皮皮蝦，*次吃的時候總得有人教你。"李從(cong) 舉(ju) 打了一個(ge) 隻可意會(hui) 的比方。

    空間巨大路修遠兮
    在*設備製造的空白後，該技術獲獎無數，但等在前方的是可以讓該技術得以施展的巨大的空間。空氣汙染牽動人心，有資料顯示到2015年，包括空氣淨化器在內(nei) 的室內(nei) 環保產(chan) 業(ye) ,其年產(chan) 值將達到800億(yi) 元，而與(yu) HEPA濾網相比有著成本和性能優(you) 勢的納米纖維膜會(hui) 遇到怎樣的發展？

    在新能源車等市場需求的推動下，鋰電池隔膜市場快速增長。據統計，2009—2013年鋰電池隔膜市場規模複合增長率達26.39%，2013年鋰電隔膜市場規模達到8.37億(yi) 平方米。預計到2015年鋰電隔膜需求年均複合增長率達到25%，市場規模將達13.08億(yi) 平方米。據了解，目前國內(nei) 80%的鋰電池隔膜依靠進口，進口替代空間大。那麽(me) ，年產(chan) 5萬(wan) 平方米應該隻能被看做是一個(ge) 起點。

    靜電紡絲(si) 技術在上世紀初就被美國人發明出，但是其快速發展也就是近年來的事情。當技術和原理早已不在是秘密，真正的產(chan) 業(ye) 化生產(chan) 才是問題之根本。

    “實驗室和生產(chan) 線*是兩(liang) 回事，產(chan) 業(ye) 化不僅(jin) 要求操作簡單、成本低、還要求能持續產(chan) 出，質量控製，不出差錯。而納米纖維膜產(chan) 業(ye) 化大的困難是設備的研發，在實驗室為(wei) 了確保實驗的成功和準確性，設備的很多附件都是進口產(chan) 品，而產(chan) 業(ye) 化的進程中，必須實現國產(chan) 化，這更要求我們(men) 踏踏實實地做下去。"李從(cong) 舉(ju) 坦言。

來源：中國科技網-科技日報

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