nanofiber technology

静电纺丝技术因其设备简单、操作简便、可纺原料广、加工成本低而备受关注，其制得的纳米纤维结构多样、性能优异，在过滤、医用敷料、传感器和储能材料等领域有着广泛的应用前景。

随着静电纺丝制备纳米纤维成为研究热点，静电纺丝设备也成为众多专家及企业的研究方向。传统针管式静电纺丝机的产量极低，难以满足市场的大量需求，目前多用于实验室的科研研究，因此，无针式静电纺应运而生。无针式静电纺丝产量相对于传统针式静电纺无疑是高效的，同时也推动了静电纺丝走向批量化生产的进程。

威程 （天津） 科技有限公司的孙晓斌、孙宜东、张小研，诺斯贝尔化妆品股份有限公司的范展华，天津工业大学纺织科学与工程学院的赵义侠，海南欣龙无纺股份有限公司的马莹莹等研究人员以聚丙烯腈(PAN)为纺丝液，采用威程科技公司和天津工业大学自主设计研发的螺纹式喷头静电纺丝装置，制备了幅宽为 600 mm的纳米纤维膜。研究人员通过扫描电镜和孔径测定仪考察了纤维形貌以及直径分布，并测试了纳米纤维膜对0.26 μm氯化钠粒子的过滤性能，制备的纤维平均直径为138 nm，平均孔径为1.98 μm，纤维膜平均厚度为0.025 mm，PAN纳米纤维膜过滤效率为99.899%，滤阻为280.9 Pa。

图为螺纹式喷头静电纺丝装置图

图 (a)为纺丝装置原理图，该装置主要包括储液槽、螺纹纺丝喷头、接收网帘、高压电源等。纺丝时，将配好的 PAN 纺丝液抽入储液槽中，之后驱动螺纹式喷头并打开高压电源调节到较佳参数。伴随螺纹式喷头的转动，其表面会带上大量的 PAN 纺丝液，在高压电场的驱动下，纤维被拉伸固化至接收网帘。图 (b)为螺纹式喷头纺丝时射流喷射照片。图(c)为螺纹式喷头批量化静电纺丝中试线，其可生产有效幅宽为600 mm的纳米纤维膜。

图为制备的PAN纳米纤维膜扫描电镜图

由螺纹式喷头静电纺丝装置制备的PAN纳米纤维无明显液滴存在，纤维无序杂乱排列且较为致密，形貌良好，粗细较为一致。

为了测试 PAN 纳米纤维膜的空气过滤性能，研究人员将其沉积在PET纺黏布上。PET纺黏布的面密度为120 g/m 2 ，过滤效率为40.4%、过滤阻力为3.9 Pa。将0.025mm 厚的 PAN 纳米纤维膜附着在PET 纺黏布上，经检测发现其过滤效率由 40.4% 提升到 99.899%，过滤性能提升显著。研究人员指出由于纳米纤维细、孔隙率高，从而对目标颗粒物拦截效率高；致密的纤维膜使得过滤阻力显著增加，由 3.9 Pa 提升到 280.9 Pa。

研究人员发现由该装置制备纳米纤维是切实可行的，为静电纺批量化制备纳米纤维提供了新的思路。

相关研究结果，以“螺纹式喷头制备PAN纳米纤维及其空气过滤性能”为题，发表于2020年第3期《合成纤维》上，该研究为天津市自然科学基金项目(18JCQNJC02900)。