納米纖維產(chǎn)品展室

納米纖維防護口罩

    文·本報記者 滕繼濮

　　當(dāng)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(chǎn)業(yè)的未來,，而面前這個戴著眼鏡嗓音洪亮的北京服裝學(xué)院年輕的教授,，也是目前國內(nèi)*可以將其低成本批量化生產(chǎn)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(tǒng)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(xué)院這座有著紡織學(xué)科傳統(tǒng)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(yè)內(nèi)的獎項,，終評委員會由包括行業(yè)內(nèi)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(fā)覺香煙沒什么味道了——這只是從一個側(cè)面反應(yīng)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(zhì)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(cè)壓力差也更小,。更為關(guān)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(nèi)部消耗,，還能提升其內(nèi)部電化學(xué)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(xùn)練,、作戰(zhàn),、森林救火、旅游,、野外作業(yè),、探險、礦業(yè)等快速提供清潔水源,，做好后勤保障,。

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

    結(jié)構(gòu)精細“帶電"生產(chǎn)
    這種材料的特殊性能來自于其特殊結(jié)構(gòu),。纖維的直徑可達200納米，甚至更細,，這比頭發(fā)絲細了幾百倍,，意味著其比表面積（單位質(zhì)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(nèi)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(shù)。靜電紡絲是一種能夠直接,、連續(xù)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(tǒng)的紡絲加工技術(shù),，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(chǎn)生形變,，在噴頭末端處形成懸垂的錐狀液滴，當(dāng)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(nèi)經(jīng)過電場力的高速拉伸,、溶劑揮發(fā)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(guī)律地編織成了薄膜,；如果沒有規(guī)律,，就成了“棉花糖"。

    　生產(chǎn)設(shè)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(xué)院材料科學(xué)與工程學(xué)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(xiàn)低成本批量化生產(chǎn)的唯此一家。目前其年生產(chǎn)能力可達50萬平方米,，而占地面積僅50平方米,。

    “該成果*國內(nèi)沒有針對靜電紡絲技術(shù)量產(chǎn)純納米纖維膜的設(shè)備及系統(tǒng)的空白，對我國納米纖維產(chǎn)業(yè)的發(fā)展具有重要價值和意義,，純納米纖維生產(chǎn)系統(tǒng)生產(chǎn)效率高,、穩(wěn)定性好,，技術(shù)創(chuàng)新*，有很強的經(jīng)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(lǐng)域同樣具有廣闊前景,，符合產(chǎn)學(xué)研合作研究成果,。"這是國內(nèi)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(chǎn)純納米纖維膜的設(shè)備及系統(tǒng)",，而當(dāng)記者問他打造的設(shè)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(tǒng)的紡織院校,，當(dāng)然是我們懂紡織多一些,，我們時常泡在紡織企業(yè)里，也許一個工人就能給我們很大的啟發(fā),，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(shè)備制造的空白后,，該技術(shù)獲獎無數(shù),，但等在前方的是可以讓該技術(shù)得以施展的巨大的空間?？諝馕廴緺縿尤诵?，有資料顯示到2015年，包括空氣凈化器在內(nèi)的室內(nèi)環(huán)保產(chǎn)業(yè),其年產(chǎn)值將達到800億元,，而與HEPA濾網(wǎng)相比有著成本和性能優(yōu)勢的納米纖維膜會遇到怎樣的發(fā)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(jù)統(tǒng)計,，2009—2013年鋰電池隔膜市場規(guī)模復(fù)合增長率達26.39%，2013年鋰電隔膜市場規(guī)模達到8.37億平方米,。預(yù)計到2015年鋰電隔膜需求年均復(fù)合增長率達到25%,，市場規(guī)模將達13.08億平方米。據(jù)了解,，目前國內(nèi)80%的鋰電池隔膜依靠進口,，進口替代空間大,。那么，年產(chǎn)5萬平方米應(yīng)該只能被看做是一個起點,。

    靜電紡絲技術(shù)在上世紀(jì)初就被美國人發(fā)明出,，但是其快速發(fā)展也就是近年來的事情。當(dāng)技術(shù)和原理早已不在是秘密,，真正的產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)才是問題之根本,。

    “實驗室和生產(chǎn)線*是兩回事，產(chǎn)業(yè)化不僅要求操作簡單,、成本低,、還要求能持續(xù)產(chǎn)出，質(zhì)量控制,，不出差錯,。而納米纖維膜產(chǎn)業(yè)化大的困難是設(shè)備的研發(fā)，在實驗室為了確保實驗的成功和準(zhǔn)確性,，設(shè)備的很多附件都是進口產(chǎn)品,，而產(chǎn)業(yè)化的進程中，必須實現(xiàn)國產(chǎn)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(wǎng)-科技日報

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