靜電紡絲納米纖維：“”的薄膜

納米纖維產品展室

納米纖維防護口罩

    文·本報記者 滕繼濮

　　當李從舉把一大卷一米寬,類似于生料帶一樣的東西擺在桌子上時，記者還沒意識到，這些材料可能是很多產業的未來，而面前這個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*可以將其低成本批量化生產的人。

    “"薄膜功能奇特

    這是一卷白色的薄膜，觸感也與生料帶非常相似，像傳統布匹店里的布一樣卷著。

    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統的高校，時隔十四年之后，再獲香港桑麻紡織科技獎一等獎。該獎是紡織行業內的獎項，終評委員會由包括行業內的8位院士一齊評出。

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

    李從舉笑著告訴記者，有同事隔著它抽煙，發覺香煙沒什么味道了——這只是從一個側面反應了其過濾效果。

    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。而與目前大多空氣凈化器中使用的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，膜兩側壓力差也更小。更為關鍵的一點是，成本低。

    如果用于電池。把納米纖維膜用作動力鋰電池隔膜，可以提高電池功率，減小內部消耗，還能提升其內部電化學性能，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。

    如果用來制衣。納米纖維膜可以把細小水滴（毛毛雨）擋在外面，只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，電紡絲納米纖維無紡膜具有高孔隙率、低滲透阻力的特點，可以制成高通量、低能耗的便攜式超濾膜紡織品（如手絹），用于戶外快速凈水，為*訓練、作戰、森林救火、旅游、野外作業、探險、礦業等快速提供清潔水源，做好后勤保障。

    還有，有些被開發出來的應用，甚至連李從舉都沒有想到過。在他看來，一定還會有。

    結構精細“帶電"生產
    這種材料的特殊性能來自于其特殊結構。纖維的直徑可達200納米，甚至更細，這比頭發絲細了幾百倍，意味著其比表面積（單位質量物料
所具有的總面積）非常大，用其制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，就能看到其內部有很多小孔。"李從舉說。

    要得到這樣的纖維膜需要通過靜電紡絲技術。靜電紡絲是一種能夠直接、連續制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，紡制出直徑范圍從小于3 納米到超過1微米的超細纖維，并沉積在接收板上得到無紡布。

    “普通編織是把線絲用機械力牽拉編制，靜電紡絲是先將聚合物溶液加上三萬伏特高壓，使其極化，然后在電場力的作用下把材料拉出來紡織。"李從舉簡單地說明了一下原理。

    記者查閱的資料顯示，靜電紡絲不同于傳統的紡絲加工技術，其主要是借助于高壓靜電場使聚合物溶液或熔體帶電并產生形變，在噴頭末端處形成懸垂的錐狀液滴，當液滴表面的電荷斥力超過其表面張力時，在液滴表面就會高速噴射出聚合物微小液體流，簡稱“射流"。這些射流在一個較短的距離內經過電場力的高速拉伸、溶劑揮發與固化，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"。

    　生產設備重中之重

    “幾乎全國的院校都在做靜電紡絲。"李從舉說。

    記者了解到，除了李從舉教授所在的北京服裝學院材料科學與工程學院，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的唯此一家。目前其年生產能力可達50萬平方米，而占地面積僅50平方米。

    “該成果*國內沒有針對靜電紡絲技術量產純納米纖維膜的設備及系統的空白，對我國納米纖維產業的發展具有重要價值和意義，純納米纖維生產系統生產效率高、穩定性好，技術創新*，有很強的經濟效益和社會效益，同時，該成果在空氣凈化、水處理和新能源等領域同樣具有廣闊前景，符合產學研合作研究成果。"這是國內院士專家，給予這一成果的評定。

    這其中重要的一點就是“量產純納米纖維膜的設備及系統"，而當記者問他打造的設備有何不同時。李從舉只狡黠地笑笑說，我有著十幾年的積累，一直在做這一件事，再說我們是傳統的紡織院校，當然是我們懂紡織多一些，我們時常泡在紡織企業里，也許一個工人就能給我們很大的啟發，這個可是文獻里看不到的。

    “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。"李從舉打了一個只可意會的比方。

    空間巨大路修遠兮
    在*設備制造的空白后，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。空氣污染牽動人心，有資料顯示到2015年，包括空氣凈化器在內的室內環保產業,其年產值將達到800億元，而與HEPA濾網相比有著成本和性能優勢的納米纖維膜會遇到怎樣的發展？

    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復合增長率達26.39%，2013年鋰電隔膜市場規模達到8.37億平方米。預計到2015年鋰電隔膜需求年均復合增長率達到25%，市場規模將達13.08億平方米。據了解，目前國內80%的鋰電池隔膜依靠進口，進口替代空間大。那么，年產5萬平方米應該只能被看做是一個起點。

    靜電紡絲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，真正的產業化生產才是問題之根本。

    “實驗室和生產線*是兩回事，產業化不僅要求操作簡單、成本低、還要求能持續產出，質量控制，不出差錯。而納米纖維膜產業化大的困難是設備的研發，在實驗室為了確保實驗的成功和準確性，設備的很多附件都是進口產品，而產業化的進程中，必須實現國產化，這更要求我們踏踏實實地做下去。"李從舉坦言。

來源：中國科技網-科技日報

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