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静电纺丝纳米纤维在服装领域的研究与产品应用
2021/7/1 10:14:13 易丝帮

静电纺纳米纤维具有直径小、比表面积大、弯曲刚度小,所得织物具有致密、柔软、防水透气等优异的服用性能,被广泛用于功能服装面料的开发。通过调控静电纺溶液的浓度及挥发速率可以制备不同形貌结构的纤维,同时,可以改善纤维的吸湿性、保暖性、透气性,从而提高织物的舒适性,并优化织物的光泽、图案、纹理,使织物看上去更美观。此外,这些多功能性织物还避免了普通棉质衣物易起皱、起球和缩水的缺点。

 

目前,静电纺丝在服装应用方面也有较多的研究,以东华大学丁彬教授团队居多,下面,我们简要总结了近期纳米纤维服装面料的部分重要研究成果。

 

静电纺纳米纤维服装方面研究进展

 

东华大学丁彬&斯阳介绍了一种兼具有效抗菌和抗病毒活性的绿色纳米纤维,该设计的优势在于纳米纤维可以吸收和存储可见光能,并在明亮或黑暗的环境下保持活性。此外,将功能性纳米纤维快速喷涂到现有的防护服和口罩等PPE上,经修饰的PPE具有稳定的ROS生成、极好的储存活性潜力、长期耐用性以及较高的杀灭细菌(>99.9%)和病毒的能力(>99.999%)。(DOI: 10.1002/smll.202100139)

 

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东华大学丁彬&斯阳通过乙醇基静电纺丝和水基浸渍技术制备的具有两亲性和键合结构的聚酰胺纤维膜,其显示出优异的防水/油/尘性能和良好的透气性。除尘效率高达99.9%以上,透湿率为11.2 kg m-2 d-1,透气性为2.6 mm s-1,抗拉强度为15.6MPa,韧性高达22.8 MJ m-3,能有效保护人体和电子设备。(DOI: 10.1021/acsami.0c20172)

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西南交通大学王勇教授制备了以聚氨酯(PU)和聚乙二醇(PEG)为支撑壳、聚乙二醇(PEG)为储能芯的同轴静电纺丝微纤维。聚氨酯/聚乙二醇多孔膜具有优异的热致形状记忆效应,可在加热时实现宏观形状变形和自适应的微孔几何形状,可提高穿着者在高温环境下的舒适性。(DOI: 10.1016/j.eurpolymj.2020.110245)


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浙江理工大学张明通过同轴静电纺丝制备了一种具有热调节性能和优异力学性能的防水透气纳米纤维膜。纤维壳由聚偏氟乙烯(PVDF)和聚乙烯醇缩丁醛(PVB)组成,核层为十八烷。膜的静水压为59.2kPa,水蒸气透过率(WVTR)为7.846 kgm-2 d-1,潜热为50.1 J g-1,拉伸强度高达20.2MPa,本研究对多功能膜的合成具有一定的参考意义。(DOI: 10.1002/app.50391)

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中原工学院何建新使用静电纺丝制备了载有高效抗菌剂的纳米纤维纱线。采用一种简便的微波加热法合成了GO-PEI和银纳米粒子(AgNPs)。使用多针共轭静电纺丝设备将纳米纤维与GO-PEI-Ag复合材料混合,以形成纳米纤维包芯纱。该织物对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌的抗菌率均超过99.99%。洗涤十次后,抗菌率保持在99.99%以上。(DOI:10.1016/j.jcis.2020.09.092)

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东华大学丁彬教授团队将聚氨酯、疏水性氟化聚氨酯和高导热性的BN纳米片混合后进行静电纺丝得到防水透气还导热的电纺纳米纤维膜,BN网络的多孔结构为这种膜的透气性和导热性奠定了良好的基础。疏水性聚合物基体的协同作用和膜表面粗糙度的改善,使这种膜还具有良好的耐水渗透性和超疏水性。(DOI: 10.1021/acsami.0c04486)

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丁彬教授团队利用静电纺丝技术一步得到蓬松纤维骨架,并结合热诱导交联方法制备出了一种具有“硬-软”双组份结构的可拉伸超弹防寒保暖材料。通过研究不同聚合物-溶剂-非溶剂系统的相分离行为以指导调控聚合物配比,同步实现了三维蓬松静电纺纤维材料的成型和单纤维力学性能的提升;随后将交联剂包埋到纤维组分中,并经热诱导交联方法使纤维间产生原位粘结,构筑了稳定的纤维网络结构。(DOI:10.1021/acsami.0c05333)

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东华大学丁彬教授、王先锋研究员课题组通过静电纺丝技术构筑树状分叉网络及表面能梯度制备了仿生多孔Murray单向导湿纤维膜。其中,仿生树状多级分叉网络集成了大孔-微米孔-亚微米孔的多级连通孔道,具有类似于植物蒸腾效应的多级分叉结构,遵循Murray定律最大化物质输运原则。所得仿生多孔Murray膜兼具自驱动可逆重力定向导水、快速吸放湿(水分蒸发速率高达0.67g/h,是商业化Coolmax面料的2.1倍)以及优异的内层速干性能。(DOI: 10.1021/acsnano.8b08242)

  

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东华大学覃小红教授团队提出了一种将抗菌电纺丝纳米纤维沉积在棉纤维表面制备可织抗菌纱的新工艺。制备的纳米纤维嵌入纺织品(NFs嵌入纺织品)具有持久的抗菌活性,对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌的抑制率均为99.99%。NFs嵌入的纺织品在体外对种子细胞的细胞毒性反应较低。以抗菌纺织品为基础,研制出抗菌性能优异的运动服,经过35次洗涤,仍能抵抗大肠杆菌和金黄色葡萄球菌95%以上。(DOI:10.1016/j.cej.2019.123241

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静电纺纳米纤维服装产品

 

研究人员一直致力于发展这些材料,在过去的十年里,他们利用静电纺丝技术制造纳米纤维,并将其转化为上下游产品。

 

目前,国内河南曼博睿新材料科技有限公司研制的纳米透气防护服,其核心是基于静电纺丝技术制成的曼博睿BMB纳米透气膜材料,由纳米级超细纤维“纺织”而成,具有高透气度和小孔径等特点,在保证防水透气的基础上可以有效过滤0.075μm粒径的细微颗粒。

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国外,韩国Lime公司凭借其 nexture® 纳米纤维膜层压材料,在为运动休闲市场提供技术纺织品方面处于有利地位。nexture® 面料提供防水和防风功能,高透气性。手感和弹力都可以通过选择针织或机织面料和背衬面料进行定制。

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 美国 eSpin Technologies公司开发的具有纳米纤维层的纺织织物层压材料,为户外和运动服装应用中的穿着者提供了非常高的透气性和舒适度。


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未来发展趋势


通过静电纺丝纳米技术开发的超强、耐用和特定功能导向的纳米纤维织物现已被用于许多消费品应用,如过滤、防御和防护服装、医疗敷料、家居用品、食品包装,以及化妆品。


静电纺丝技术促进了纳米尺度的非织造纤维的制造,成为现代高效性能产品的可能。因此,在未来几年,纳米技术通过静电纺丝将有望渗透到功能性纺织品行业的更多领域,以获得更具创新的产品应用。


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