靜電紡絲機(jī)用途廣泛

靜電紡絲機(jī)用途廣泛
靜電紡絲技能被公認(rèn)為是比年來生長非?？斓闹苽湮⒓{米纖維的技能，已經(jīng)有商品化范圍生產(chǎn)的配置出現(xiàn)，這對(duì)促進(jìn)納米纖維的應(yīng)用和快速生長提供了非常有利的條件，靜電紡絲技能應(yīng)用范疇非常普遍，隨著這項(xiàng)技能產(chǎn)業(yè)化的不停實(shí)施，必將帶來納米纖維及其制品應(yīng)用范疇的快速生長，是一個(gè)非常值得關(guān)注的范疇。
　　1. 靜電紡絲技能生長歷史
　　靜電紡絲又稱為電紡（Electrospinning）是聚合物溶液或熔體在靜電作用下舉行噴射拉伸而得到納米級(jí)纖維的技能，即將直流高壓施加于聚合物溶液或熔體與網(wǎng)絡(luò)裝置之間，使聚合物溶液或熔體帶上幾千至上萬伏高壓靜電，當(dāng)電場力充分大時(shí)，帶電的聚合物液滴降服外貌張力形成噴射細(xì)流，細(xì)流在噴射進(jìn)程中隨溶劑蒸發(fā)或冷卻凝聚而固化，最終落在網(wǎng)絡(luò)裝置上，形成類似無紡布的纖維q氈，其納米纖維直徑一樣平常在幾十納米（nm）至及微米（μm）之間。
　　隨著人們對(duì)納米技能的普遍關(guān)注，靜電紡絲法近十年來得到了快速生長。當(dāng)下，該技能已普遍應(yīng)用于數(shù)十種高聚物，包羅傳統(tǒng)成纖聚合物PET、PA、PVA、PU（聚氨酯彈性體），具有液晶態(tài)剛性高分子的聚合物聚對(duì)苯二甲酰對(duì)苯二胺以及包羅蠶絲、蜘蛛絲在內(nèi)的蛋白質(zhì)和核酸（DNA）等生物大分子、纖維素溶液等可以舉行電紡。當(dāng)下的電紡技能在推廣上存在肯定技能問題。緊張是：①靜電紡絲機(jī)規(guī)劃的構(gòu)型得到的只能是無紡布；②靜電紡絲的產(chǎn)量很低，其產(chǎn)量典范值為1 mg／h～l g／h的范疇，難以大范圍應(yīng)用；③靜電紡絲進(jìn)程中的拉伸速率較低，紡絲流程很短，因此在這一進(jìn)程中高分子取向生長不完善，結(jié)果使得電紡納米纖維的強(qiáng)度較低。
　　而國內(nèi)外比年來電紡纖維生產(chǎn)技能已經(jīng)有了突飛猛進(jìn)的生長，列示如下：⑴北京化工大學(xué)楊衛(wèi)民教授的英藍(lán)實(shí)行室對(duì)熔體靜電紡絲舉行了大量研究，自行研制的高效率熔體靜電紡絲裝置制得的PP 纖維，紡絲電壓40KV，汲取距離13cm，紡絲溫度250℃，紡絲質(zhì)料PP 的熔體流動(dòng)速率為1000g/10min，纖維的平均直徑為7.4μm，其單臺(tái)配置的產(chǎn)量已達(dá)6.5kg/h。⑵靜電紡絲技能是公認(rèn)的一種制備超細(xì)纖維的簡略有效的要領(lǐng)，與熔噴技能比較，熔體靜電紡絲技能的配置要簡略的多，因而研究其代替熔噴技能具有較大的工業(yè)代價(jià)。⑶杜邦公司研制的殽雜膜材由老例無紡布與多孔膜制得，此中膜組分利用的靜電紡長絲網(wǎng)的單纖直徑為100 ～ 1000 nm，該產(chǎn)品作為濾材可以捕集亞微米粒子。⑷德國Nanoval公司開辟的NanovalTM工藝可以紡制納米級(jí)纖維網(wǎng)。該法具有潛在生產(chǎn)率高，能耗低（僅為熔噴法的1／5）的好處，具有巨大的商業(yè)化代價(jià)。⑸Nanostatic公司開辟了幅寬為1 ～ 2 m的靜電紡絲配置，配置的運(yùn)行速度到達(dá)100 m／min。⑹美國Donaldson（唐納森）公司以PA為質(zhì)料，在幅寬650 mm的靜電紡絲配置上告成紡制出纖維直徑為200 ～ 1000 nm的纖維網(wǎng)。該公司還聲稱能紡制直徑為50 nm的產(chǎn)品。⑺德國亞琛工業(yè)大學(xué)（RWTH Aachen）紡織技能研究以是PCL（聚己內(nèi)酯）質(zhì)料，于靜電紡絲裝置上紡制納米級(jí)PCL纖維。⑻美國Hills（希爾）公司在開辟熔噴法納米纖維方面也取得了龐大盼望。該公司制得的均聚物納米纖網(wǎng)的單纖平均直徑小于250 nm，而且直徑為50 ～ 400 nm的纖維占90 ％以上。當(dāng)下，Hills公司已完成并列型（S／S），多組分（A-B-A）復(fù)合納米纖維試驗(yàn)，其單模頭生產(chǎn)線的產(chǎn)能為1.6 kg／h，預(yù)計(jì)商業(yè)化后可提升至12 kg／h。為了在恰當(dāng)?shù)纳a(chǎn)率下生產(chǎn)出這種超細(xì)纖維，其特別模頭接納的噴絲板孔數(shù)到達(dá)100 孔/英寸大概更高，同時(shí)其長徑比也極大。這些工藝條件使熔噴纖維到達(dá)了只有靜電紡絲才氣到達(dá)的纖度。 熔噴法納米纖維的加工根本相沿傳統(tǒng)熔融紡絲技能，不必要溶劑處理懲罰進(jìn)程，具有高效率、低成本、易范圍化生產(chǎn)的優(yōu)勢。它具有范圍化紡制納米纖維的潛力。因此，熔噴法工藝正成為紡制納米纖維的緊張要領(lǐng)之一，如瑞士Rieter（立達(dá)）公司已建成單模頭熔噴法納米纖維裝置，纖維網(wǎng)的單纖直徑只有500 nm。老例熔噴法生產(chǎn)的非織造布網(wǎng)片的單纖平均直徑約為1 μm，但在紡制超細(xì)旦纖維時(shí)，紡絲組件每孔的熔體擠出速率低沉，造成紡絲壓力產(chǎn)生變革，影響纖維網(wǎng)片的勻稱性。因此，在生產(chǎn)超細(xì)纖維時(shí)要連結(jié)較低的聚合物粘度，一樣平常MFI（熔體流動(dòng)指數(shù)）的指標(biāo)為1 500 ～ 1 800。為確保良好纖維網(wǎng)勻稱度，紡絲組件壓力控制在3.5 MPa左右。在熔體擠出速率較低，紡絲組件熔壓穩(wěn)固的工藝條件下，對(duì)紡絲板孔的規(guī)劃要求非常嚴(yán)格。通常，紡絲孔徑為0.10 ～ 0.12 mm時(shí)，長徑比為15 ～ 100，孔密度＞100 孔／英寸。⑼2004年捷克利貝雷茨技能大學(xué)正式宣告該大學(xué)與愛勒馬公司相助生產(chǎn)的納米纖維紡絲機(jī)“納米蜘蛛”問世，為納米纖維工業(yè)化生產(chǎn)奠定了根本。捷克Elmarco公司研究開辟的環(huán)球第一條靜電紡絲法制納米纖維生產(chǎn)線已投放市場，并已向日本、美國等國家出售了近12套。Nanospider技能將開辟超薄無紡布產(chǎn)品的應(yīng)用新范疇。⑽我國國內(nèi)的中科院長春應(yīng)用化學(xué)所利用靜電紡絲法將PLGA（聚乳酸-聚羥基乙酸共聚物）制成了納米纖維網(wǎng)；蘇州大學(xué)接納靜電紡絲工藝，告成紡制出了再生絲素與PVA的共混納米纖維；東華大學(xué)以PAN和纖維素醋酸酯質(zhì)料，DMF為溶劑，議決靜電紡絲工藝制得了多孔PAN納米纖維網(wǎng)。
　　2. 靜電紡納米纖維的性能及應(yīng)用
　　2.1 納米纖維的特性
　　納米纖維具有精致的布局、它擁有極大的比外貌積、極高的孔隙率、極好的柔韌性、吸附性、過濾性、粘合性和保溫性，這些精良的性能使納米纖維普遍應(yīng)用于國防、醫(yī)藥、化工和電子等諸多范疇。靜電紡絲是制備納米纖維及其無紡布最簡略易行、投資小、也是最緊張的要領(lǐng)之一。靜電紡絲依紡絲液的制備要領(lǐng)可分為溶液法靜電紡絲（S-ESP）和熔融法靜電紡絲（M-ESP）兩種。當(dāng)下天下上已有上百種聚合物接納溶液法靜電紡絲技能告成制得了納米纖維及其非織造布。溶液靜電紡絲雖然可以紡出小至幾十納米的纖維，但溶劑的利用使它出現(xiàn)了一系列的問題：①溶劑的采用問題；②應(yīng)用于生物醫(yī)藥范疇的寧靜問題；③一些聚合物如聚丙烯和聚乙烯，在室溫下找不到恰當(dāng)?shù)娜軇┡涑扇芤?；④溶劑的蒸發(fā)導(dǎo)致纖維外貌不平滑，乃至出現(xiàn)缺陷；⑤產(chǎn)量低，一樣平常為0.6g/h；⑥90％以上的溶液都以溶劑的情勢蒸發(fā)失；昂貴溶劑的利用會(huì)增長成本；⑦噴絲孔容易堵塞，影響連續(xù)紡絲等。熔體靜電紡絲不必要溶劑就可以紡絲，與溶液靜電紡絲比較，它的研究代價(jià)更大，更有大概使靜電紡絲技能走向工業(yè)化。與熔噴技能比較，熔體靜電紡絲技能的配置要簡略的多，因而研究其代替熔噴技能具有較大的工業(yè)代價(jià)。熔體靜電紡絲纖維直徑散布勻稱，纖維外貌相當(dāng)平滑，與熔噴纖維比較其纖維質(zhì)量要好得多。用熔體靜電紡絲法制備非織造質(zhì)料可以得到更細(xì)的纖維、更佳的過濾性能，使非織造布的外貌更柔軟，手感更佳。當(dāng)下關(guān)于靜電紡絲的研究大多會(huì)合在溶液靜電紡絲方面，對(duì)付熔體靜電紡絲，由于其裝置相對(duì)溶液靜電紡絲龐大，而且其紡得的纖維比溶液靜電紡絲紡得的纖維粗，因而對(duì)付它的研究相對(duì)較少。
　　2.2靜電紡絲技能的應(yīng)用隨著20世紀(jì)80年代納米質(zhì)料的生長，特別是納米質(zhì)料的外貌效應(yīng)、小尺寸效應(yīng)、量子尺寸效應(yīng)和宏觀量子隧道效應(yīng)等性能，使其在許多方面都具有別的質(zhì)料無法比擬的好處，納米纖維已經(jīng)成為當(dāng)前研究的熱點(diǎn)。此中最為引人注目便是高壓靜電紡絲法制備的納米纖維無紡布及微孔膜的應(yīng)用。該質(zhì)料具有手感柔軟、強(qiáng)度大、松散度高、保暖性能好、過濾效率高等特點(diǎn)，可以大概普遍應(yīng)用于高效低阻過濾質(zhì)料：如平凡中間空調(diào)、家用中間空調(diào)過濾質(zhì)料、電子工業(yè)中的氛圍過濾、重金屬污水過濾質(zhì)料等；醫(yī)用質(zhì)料，如無菌室濾布、抗菌防塵口罩和防SARS、甲型（H1N1）流感等醫(yī)用斷絕服及口罩；軍用保暖質(zhì)料、保健質(zhì)料：被褥、枕頭、防寒服等新型保暖添補(bǔ)質(zhì)料；還可應(yīng)用于吸油質(zhì)料、汽車濾清器、油水疏散等范疇。無紡布產(chǎn)業(yè)被認(rèn)為是21世紀(jì)的向陽產(chǎn)業(yè)，由于新型纖維和差異化纖維質(zhì)料不停推出及高新技能的滲入滲出，使其在構(gòu)筑、醫(yī)療衛(wèi)生、環(huán)保、梳妝、汽車、航空航天等行業(yè)得到普遍應(yīng)用，是緊張的產(chǎn)業(yè)用紡織品，與雷同用途的產(chǎn)品比較具有高附加值和高效益的競爭優(yōu)勢，產(chǎn)業(yè)生長勢頭迅猛。無紡布于1870年首先在英國開始工業(yè)化生產(chǎn)，20世紀(jì)50年代開始大量生長，20世紀(jì)90年代開始得到了迅猛生長，到2006年已到達(dá)563萬噸，2002-2006年平均以7.6％的速度增長，2007年以來受多種因素影響增速變緩，但天下無紡布需求的增長率始終高于環(huán)球經(jīng)濟(jì)的增長，預(yù)計(jì)2010年天下產(chǎn)量將到達(dá)700萬噸。天下非織造布的生產(chǎn)緊張會(huì)合在北美、西歐和東亞地區(qū)，緊張生產(chǎn)國為美國、中國、日本、韓國、中國臺(tái)灣省、印度尼西亞、馬來西亞、泰國和菲律賓等，約占環(huán)球非織造布總產(chǎn)量的66％以上。美國是最大的非織造布生產(chǎn)國，約占環(huán)球產(chǎn)量的41％左右，西歐占30％，日本占8％，中國占3.5％，別的地區(qū)約占17.5％。到2001年年底，中國已擁有多種非織造布生產(chǎn)線1980條，生產(chǎn)量到達(dá)55.9萬噸，排名天下第二位，每年以8-10％高速增長，2008年中國紡粘法非織造布年總生產(chǎn)本領(lǐng)到達(dá)112.09萬噸，比上年增長19.3％，穩(wěn)居天下紡粘大國職位地方。當(dāng)下行業(yè)內(nèi)產(chǎn)量超萬噸級(jí)的企業(yè)已有21家之多，天下非織造布產(chǎn)量緊張散布在浙江、山東、江蘇、福建、廣東、河南、上海等省市。中國非織造布業(yè)將來另有很大的增長潛力，其市場消耗量將增長到環(huán)球的20％以上。環(huán)球范疇內(nèi)用于非織造布生產(chǎn)的纖維中有約63％為聚丙烯、23％為聚酯、8％為粘膠、2％為丙烯酸纖維、1.5％為聚酰胺、2.5％為其他纖維。
　　2.2.1傳統(tǒng)熔噴無紡布應(yīng)用范疇
　　靜電紡絲成本低廉，易于范圍化生產(chǎn)，以因此超細(xì)纖維無紡布的特點(diǎn)完全可以進(jìn)入傳統(tǒng)無紡布的應(yīng)用范疇。這些范疇包羅：①衛(wèi)生、醫(yī)療用非織造布：小孩尿不濕、衛(wèi)生護(hù)墊、衛(wèi)生巾等一次性衛(wèi)生用布、手術(shù)斷絕衣、防護(hù)服、消毒包布、口罩、民用抹布、擦拭布、濕面巾、柔巾卷及美容用品等；②家庭裝飾用非織造布：沙發(fā)、椅子的包布和添補(bǔ)料、貼墻布、臺(tái)布、床單、床罩等；③構(gòu)筑物布局質(zhì)料：包羅瀝青、橡膠屋頂質(zhì)料；④紡織梳妝用非織造布：防雨、防曬制品、箱包、襯里、粘合襯、絮片、定型棉、多種合成革底布、圍腰圍裙等；⑤工業(yè)及水利、路基用非織造布：過濾質(zhì)料、拋光質(zhì)料、絕緣質(zhì)料、隔熱質(zhì)料、吸音質(zhì)料、水泥包裝袋、土工布、包覆布、汽車裝飾用布等；⑥軍事用非織造布：利用無紡布汲取、吸附本領(lǐng)強(qiáng)的特點(diǎn)，可以做軍用特種擦拭巾用于消毒；⑦農(nóng)業(yè)用非織造布：溫室遮陽布、作物掩護(hù)布、育秧布、灌溉布、保溫幕簾、草坪保濕布、雜草防護(hù)布等；⑧別的非織造布：地毯用底布、太空棉、吸油氈、煙過濾嘴、袋包（如超市環(huán)保購物袋 、廣告袋、手提袋、茶袋等）。