河北华纺纳米材料科技有限公司成立于2017年，与中科院环境所贺泓院士合作推出纳米纤维复合过滤材料。在疫情期间，易丝帮团队帮助该公司成功实现产品转型到纳米纤维口罩滤材。目前该公司已有的生产线全部满负荷运转，实现口罩滤材300吨/年，并计划于2020年底前引进新设备建成年产800吨各类纳米滤材的生产规模。

易丝帮技术团队帮助解决了一系列生产中的实际技术问题。这些方案具有很好的借鉴作用，希望能够对同行企业有所帮助，迅速调整，为疫情助力。

1. 材料体系的转变

华纺公司基于河北省丰富的滤纸生产企业在纤维素滤纸方面的产能优势，以传统的纤维素滤纸为基材，通过表面喷涂纳米纤维提高过滤效率。从纸基材料的湿部化学常识，该公司的纳米纤维材料选择了水性材料体系。然而，对于口罩来说，使用水性材料作为过滤效率层，会严重影响产品的寿命和环境适应能力。

图1.植物纤维的多级结构和化学组成

易丝帮技术团队针对这一需求，及时对纺丝材料体系进行了调整，决定最终材料选型的主要考虑内容包括：纺丝效率、过滤性能和力学强度、生产工艺的稳定性、原材料成本、溶剂毒性等。最终选择了一种脂溶性热塑性材料，并在配方中使用混合溶剂调整纺丝液的电导率和挥发性能，在保证纺丝产物形貌的前提下，尽量保持量产过程中溶液和喷丝状态保持稳定。

图2.常见的静电纺丝材料和溶剂体系

2. 设备参数的优化

在确定新的纺丝体系之后，技术团队在已有设备和喷丝电极上进行试生产。尽管该溶液的可纺性已经在实验机型上得到充分认证，但是在量产生产线上，喷丝的电场环境、温湿度环境远比单针头实验状态要复杂。团队借鉴了相应的参数，并对生产设备上各个重要工艺参数进行了优化。首先，环境因素要固定，室温环境下，保持通风量，温湿度相对就稳定下来。然后，寻找溶液供液速度和电压的合适范围。供液快，电压低，不仅造成浪费，还会在产品上留下很多液滴，严重时导致废品产生；供液慢，电压高，会造成电极干燥结块，以及纳米纤维在基材上分布不均匀的现象。最后，结合基材的连续收放，确定稳定性，并根据产品测试性能，通过调整收卷速度来调解纳米纤维在基材上的沉积厚度。

图3.静电纺丝常见工艺参数及其对纤维形貌的影响

3. 无纺布基材选型

用于口罩的无纺布希望轻薄透气，由于过滤效率来源于表面的纳米纤维层，不必像熔喷材料一样必须达到一定的克重和厚度才能实现性能。因此纳米口罩所选基材无纺布通常是考虑其强度、均匀性，成本。一般的，选择20gsm的纺粘、水刺、化学浸渍、PET骨架材料等都可以，关键看终端口罩产品是如何定位和设计的。由于目前华纺公司的下游客户主要以医疗用一次性平面口罩居多，因此团队最终确定了纺粘无纺布的复合方案。

此外，基材的选择要考虑设备的性能。基材是绝缘材质而且孔隙率高，对纳米纤维喷丝均匀性的影响也不容忽视。应该选择面密度尽量均匀的无纺布，孔隙不要过大过小，在进入纺丝之前可以增加前处理单元。

4. 低克重无纺布的低张力收卷，以及在电纺喷丝单元中的平整性。

这个内容一般技术人员不会注意，但是关系成败。低克重无纺布是基材的优选方向，但同时带来的是低强度和容易牵伸变形两个缺点。这两点都对喷丝质量和产品收集带来挑战。由于华纺一直以来生产的是纤维素纸类产品，基材克重基本大于100gsm，强度很高，不易变形。因此，收卷的张力和材料的平整性不需要考虑。换成20gsm的无纺布后，团队首先对喷丝单元的接收电极的形状做了调整，并增加了若干导向辊和分离结构，确保基材在进入和离开喷丝单元的高压静电场始终保持平整，这样喷丝才能均匀。同时，更换了更高精度的电眼和磁粉离合器，提高了收卷装置的纠偏和张力控制能力。

5. 尾气处理和安全防护

有机溶剂纺丝体系的缺点是安全性和环境的压力。通风和尾气处理一定要做好。易丝帮团队首先对原有通风系统的风道改造为耐腐蚀材料，并提高风量。其次，所有相关电器选型为防爆品种，并加装多个浓度传感器，实时监控，达到危险设定值时系统报警提示。最后，尾气处理采用水雾交换和活性炭吸附双保险。确保尾气排放达标。

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