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首页 > 学术中心 > 行业资讯 > 高压静电纺丝设备的发展史
 

高压静电纺丝设备的发展史

 
发布日期:2016-03-09
 
    电纺丝装置由基座、喷射口、高压电源和接收屏组成。1902年,美国第一次在静电场力作用下,利用溶液喷射流制备出纤维。1934年,Formhals在美国提出静电纺丝技术并申请了专利。早在上世纪50年代,静电纺丝纳米纤维就已经被应用于工业生产。发展至今,纳米纺丝技术已经经历了针头式、多喷头式和无针头式三个阶段。除此之外,各种新技术新、新工艺也层出不穷。 
    针头式静电纺丝 
    一般针头式静电纺丝装置主要包括高压电源、喷丝(针)头和接收装置三个部分。技术原理主要是利用高压静电场激发聚合物,使其表面产生大量静电电荷,在静电斥力的作用下,聚合物液滴形成射流通过针头喷出,聚合物加速拉伸而细化,最后固化冷却形成纳米级超细纤维,复合在基材上。美国Donaldson公司的Ultra-Web纳米纤维是产业化的针头式静电纺丝的代表产品,目前仍是静电纺丝纳米纤维符合滤料技术在世界范围内最为成熟的生产商。
    多喷头静电纺丝 
    虽然静电纺丝是工业规模生产亚微米纤维的首选方法,但静电纺丝仍然存在许多限制,如生产率低。一些公司试图通过使用多喷嘴形成更多纤维而提高静电纺丝产量,如日本伊藤忠商事、美国NanoStatics公司、韩国Toptec等。但是,要达到商业化的生产率所需的喷射器的数目高达数千个。这将导致在生产过程的可靠性、质量的稳定性和机械的维护等多方面的挑战。 
我国北京化工大学杨卫民教授团队开发出的熔体微分静电纺丝技术,解决了高粘度聚合物熔体微分流细化的难题,还发明了熔体微分多喷头并联技术,采用32喷头(每头50 ~ 90孔),可生产直径为500 ~ 800 nm的纤维,产量可达600 g/h。 
    无针头静电纺丝 
    由于针头式纺丝设备存在喷孔易堵塞,纤维产量低,多喷头产量提高但喷丝射流相互干扰等问题,捷克Elmarco公司生产出了世界上首台用于工业化的纳米纤维静电纺丝机——纳米蜘蛛(Nanospider;NS)。纳米蜘蛛的纺丝原理称为自由液体表面静电纺丝。纺丝过程实现从点 (针头) 到线 (电极丝) 的扩展,效率更高。
    除此之外,新的聚合物纳米纤维的成形工艺不断涌现,一些较为成熟的技术也都完成了商业化运行,如:溶液喷射纺丝(Solution Blow Spinning)、强力纺丝(forcespinning)、混合膜法(HMT)和电喷法(electroblowing)纺丝、离心纺丝、液体剪切纺丝等。

   离心纺纳米纤维技术

离心纺纳米纤维技术

离心纺纳米纤维技术

高压静电纺丝装置

    美国科学家已经利用喷枪原理制造出可以喷射并贴合伤口的纳米纤维技术
    科学家们甚至试图采用用于图形艺术和汽车喷绘的普通喷枪制造纳米纤维,来替代医用缝合线。这些新技术的不断发展,必将为纳米纤维行业注入了新鲜血液,改变我们的生活。可以说,纳米纤维及这项技术本身所形成的市场并不是最终市场,它具有非常强的带动性和使能性。展望未来,相信纳米纤维技术将推动许多行业的设计准则、装备和系统的变革,并使其增加价值。

 
 
 

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