納米纖維技術(shù)介紹

1、 10納米纖維技術(shù)介紹納米纖維納米纖維是指直徑為納米尺度而長(zhǎng)度較大的線狀材料,納米是一個(gè)長(zhǎng)度單位,(lnm=110-6mm)。圖1可以直觀的比較人類頭發(fā)0.07-0.09 mm與納米纖維直徑的差異。圖12 納米纖維的應(yīng)用與優(yōu)勢(shì)納米纖維在眾多領(lǐng)域都有應(yīng)用的優(yōu)勢(shì)，這些優(yōu)勢(shì)被近年來(lái)大量的學(xué)術(shù)論文報(bào)括：空氣過(guò)濾、液體過(guò)濾、能源/電池隔膜、生物醫(yī)學(xué)、藥物緩釋控釋、安康和個(gè)人防護(hù)、環(huán)境保護(hù)、吸聲材料、食物和包裝等等。納米纖維作為過(guò)濾材料的優(yōu)勢(shì)：納米纖維在空氣過(guò)濾和液體過(guò)濾材料領(lǐng)域已ToritDCEGDXPowerCore，H&VFA6900NW FA6901NW、FA6900NWFR系列空氣過(guò)濾濾料，以及

2、H&V公司一些型號(hào)不明的濾料也有使用納米材料。納米纖維非織造材料對(duì)亞微米顆粒的過(guò)濾效率是常規(guī)的微米纖維非織造材料無(wú)紡布和液體中顆粒污染物的分別燃油濾清器、水處理等相關(guān)領(lǐng)域具有寬闊的應(yīng)用前景。納米纖維直徑小孔隙尺寸小、過(guò)濾效率高纖維無(wú)紡布隨著纖維直徑的減小，效率明顯提升如圖2所示。對(duì)于常規(guī)過(guò)濾材料很難攔截的PM 2.5污染物有很高的攔截效率。圖2 纖維直徑與孔隙尺寸和過(guò)濾效率之間的關(guān)系納米纖維比外表積大對(duì)微小顆粒的吸附力量強(qiáng)(s)(d)1,其關(guān)系聽從圖310 m減小到100 nm0.1 m時(shí)，纖維的比外表積增加至原來(lái)的1000料無(wú)法比較的，可以捕獲PM2.5污染物中粒徑最細(xì)小的顆粒。3 纖維比外

3、表積與直徑的關(guān)系納米纖維孔隙率高透氣性好70-9040 %左右。、使用壽命長(zhǎng)常規(guī)濾料是“體過(guò)濾”如圖4所示，命；污染物簡(jiǎn)潔在風(fēng)壓的作用下，脫落到清潔區(qū)，影響過(guò)濾效果。納米纖維濾料是“面過(guò)濾”如圖5所示，顆粒污染物被截留在濾料外表，這些表層積灰塵很簡(jiǎn)潔去除。圖4 微米纖維的“體過(guò)濾”原理示意圖5 納米纖維外表過(guò)濾原理示意圖納米纖維濾料具有更長(zhǎng)的使用壽命和更低的能耗節(jié)約運(yùn)行本錢表1給出了使用唐納森公司Ultra-web述了使用該設(shè)備有50 %的能耗折扣：“更高過(guò)濾效率=更干凈空氣；更低壓降=納米纖維濾料的壽命是一般過(guò)濾材料的4倍。同樣，在車用空氣濾清器中，沒有平明顯低于一般濾料，壽命可達(dá)一般濾料的

4、2倍。表1 唐納森使用Ultra-Web數(shù)據(jù)來(lái)自唐納森網(wǎng)站濾筒數(shù)量處理風(fēng)m3/h運(yùn)行壓降(Pa)電機(jī)功率制動(dòng)功率年耗電kWh年耗電本錢元納米濾筒節(jié)約元2430,6001000Pa37kW31.4kW51,40045,7462430,600500 Pa30kW26.2kW25,70022,87322,873本工程的納米纖維濾料產(chǎn)品與國(guó)外高端品牌產(chǎn)品的比照本工程的納米纖維濾料是高性能復(fù)合濾料的一種，可以簡(jiǎn)潔地表述為在一般基材合濾料。功能層鋪滿？2表層功能納米纖維層的纖維直徑是否足夠??？是多少納米？這些要借助電子顯微鏡觀看。本工程中試產(chǎn)品與國(guó)外高端品牌產(chǎn)品的納米纖維形貌比較用掃描電子顯微鏡SEM爭(zhēng)辯

5、了國(guó)內(nèi)市場(chǎng)上最高端的進(jìn)口濾料A賀氏H&V一般濾料、BH&V納米濾料H&VNanoweb、C唐納森納米濾料Ultra-web、D本工程中試的納米濾料樣品的纖維形貌。Nanoweb納米濾紙，其利用某種工藝在濾紙的外表復(fù)合了一層0.5-1.5 m的亞微米纖維，有MERV 13和MERV 15兩個(gè)過(guò)濾效率等級(jí)的產(chǎn)品；(C)為唐納森的Ultra-web濾紙，濾紙外表復(fù)合的納米纖維直徑為100 nm有MERV13、MERV14、MERV15三個(gè)過(guò)濾效率等級(jí)的產(chǎn)品。(D)為本工程中試的納米濾料產(chǎn)品，納米纖維直徑80-100 nm過(guò)濾效率等級(jí)為MERV13、MERV15。可見，本工程中試生產(chǎn)的納米纖維直徑與本

6、領(lǐng)域國(guó)際巨頭唐納森公司的Ultra-web相當(dāng)，且比H&V的納米纖維Nanoweb直徑小，從過(guò)濾效率的角度勢(shì)必H&V這在表2.2中有充分的說(shuō)明效率相當(dāng)唐納森不單獨(dú)銷售濾料，因此我們無(wú)法獲得樣品來(lái)測(cè)試效率。本工程中試產(chǎn)品與國(guó)外高端品牌產(chǎn)品的性能測(cè)試結(jié)果比較H&VNanoweb的性能?？梢钥闯?，在同樣的測(cè)試環(huán)境下，本工程制備的納米濾料效率高于H&V 直徑縮小到90nm，這與唐納森公司的Ultra-web的100 nm有同樣的水平，參考圖6。過(guò)濾性能分級(jí)也與唐納森公司的Ultra-web處于同樣的水平，且初阻力相像。納米纖維的工業(yè)化大規(guī)模制造納米纖維制備的有效方法是靜電紡絲技術(shù)，它起源于 1902

7、年 Cooler 等人209021紡絲技術(shù)獲得了飛速的進(jìn)展，學(xué)術(shù)論文呈幾何級(jí)數(shù)增長(zhǎng)。納米纖維制造原理與過(guò)程局部。具體工作過(guò)程為：在高壓電源的作用下，針尖與接收裝置之間形成高壓靜電場(chǎng)；聚合物溶液通過(guò)注射器一滴一滴地從針尖送入靜電場(chǎng)；米纖維，沉積在接收裝置上。圖7 針頭靜電紡絲裝置示意圖國(guó)內(nèi)靜電紡絲設(shè)備及問題8 國(guó)內(nèi)針頭法靜電紡絲設(shè)備針頭法靜電紡絲原理簡(jiǎn)潔，易于實(shí)現(xiàn)。圖8給出了2臺(tái)國(guó)內(nèi)企業(yè)制造的電紡率，很多設(shè)備中承受了多針頭系統(tǒng)。生產(chǎn)類似設(shè)備的企業(yè)包括：北京富友馬科技、深圳市通力微納科技電紡絲的這些設(shè)備生產(chǎn)效率是格外低下的，根本不具備工業(yè)化生產(chǎn)潛力。本工程納米纖維工業(yè)化生產(chǎn)線本工程結(jié)合多年對(duì)納米材

8、料物理、化學(xué)的爭(zhēng)辯和靜電紡絲原理、工藝參數(shù)的爭(zhēng)辯，開發(fā)了幅寬1 m的靜電紡絲中試生產(chǎn)線，徹底打破了國(guó)外封鎖，生產(chǎn)設(shè)靜電紡絲技術(shù)在工業(yè)化制備納米纖維中的題。生產(chǎn)線及生產(chǎn)過(guò)程9另一端的卷繞機(jī)構(gòu)將產(chǎn)品收卷。圖9 生產(chǎn)過(guò)程示意圖生產(chǎn)效率肯定程度提高；纖維越細(xì)，對(duì)更微小的粒子有更高的過(guò)濾效率。用本工程1.6m幅寬生產(chǎn)線生產(chǎn)MERV 13等級(jí)的濾料產(chǎn)品生產(chǎn)效率約1000 可依據(jù)市場(chǎng)需求量隨時(shí)調(diào)整產(chǎn)能利用率，具有規(guī)模效應(yīng)。生產(chǎn)條件打算因素納米纖維技術(shù)屬于微觀技術(shù)，在產(chǎn)品開發(fā)、材料選擇、工藝條件確定等方品需要對(duì)這些領(lǐng)域的深入理解和爭(zhēng)辯。因本工程的核心技術(shù)團(tuán)隊(duì)在納米材料、化學(xué)以及超分子自組裝等領(lǐng)域有著1m數(shù)及相

9、應(yīng)的機(jī)理。要由如下因素打算的。聚合物參數(shù)：聚合物構(gòu)造、相對(duì)分子量、分子量分布、溶解性等；溶劑參數(shù)：溶劑種類、與其他溶劑復(fù)配、沸點(diǎn)、揮發(fā)性等；溶液參數(shù)：濃度、粘度、外表張力等；電壓、接收距離等。本工程工藝對(duì)材料的適應(yīng)性本工程工藝方法對(duì)基材適應(yīng)性強(qiáng)，基材可選擇的范圍廣。在中試階段只選聚酯纖維濾料PET、(D)聚苯硫醚纖維濾料PPS，以這些為基材制備的納米纖維復(fù)合濾料掃描電子顯微鏡SEM照片見如圖10。可以看出，所得材料均為連續(xù)纖維組成的三維網(wǎng)狀構(gòu)造，纖維之間相互纏SEM87.5 nm70-100 nm。 圖10SEM照片，基材：(A)纖維素、(B)玻璃纖維Glass、(C)聚酯纖維PET、(D)聚苯硫醚PPS基材附注：參的性能數(shù)據(jù)通常不在產(chǎn)品說(shuō)明書中報(bào)告過(guò)濾