二维静电纺纤维材料的宏观制备和展望

随着静电纺纤维批量化制备技术的不断发展，至今生产静电纺纤维的国内外公司已有几百家，并且每家公司都具有各自独特的优势。捷克Elmarco公司以Jirsak教授的专利技术为基础，开发了基于无针头自由液体表面纺丝技术的“纳米蜘蛛”高效静电纺丝设备，成功实现了纳米纤维的工业化生产，并于2004年成为了首家规模化纳米纤维生产设备的供应商［10］。Elmarco公司开发的NS8S1600U“纳米蜘蛛”生产线，每年的生产能力可以达到2000万m2。上海云同纳米材料科技有限公司开发了YT-MC-1型静电纺纤维膜产业化生产线，该生产线以无针头的螺旋叶片式纺丝喷头为核心模块，可有效避免溶液堵塞并保证纤维直径的均匀性，其生产的纤维直径在100～300nm，纳米纤维层克重在0.03～3g/m2，年产能达到3400万m2［11］。

除上述无喷头静电纺批量化制造设备外，目前很多公司采用多喷头静电纺设备来进行工业化生产。成立于1915年的美国Donaldson是最早采用多喷头静电纺丝技术批量化生产纳米纤维滤材的公司，其开发的Ultra-Web®纳米纤维滤清器具有更长的使用寿命［12］。此外，日本MECC公司研发出EDEN系列的纳米纤维产业化设备，可以直接使用实验型设备的参数进行纺丝，并且能够在短时间内更换新材料，根据实际需求还可更换相应的喷头装置和接收装置，从而制备出多孔、珠状、中空等多种结构的纳米纤维制品［13］。目前，国内采用多喷头静电纺设备生产纳米纤维的知名厂家有江西先材纳米纤维科技有限公司、北京永康乐业科技发展有限公司、嘉兴富瑞邦新材料科技有限公司、青岛聚纳达科技有限公司、深圳市通力微纳科技有限公司及三门峡兴邦特种膜科技发展有限公司等。

虽然静电纺纳米纤维的批量化制备已经取得了显著成果，但仍然存在以下问题亟待解决。

（1）在无针头静电纺丝方面，进一步研究纺丝原液自由表面射流产生机理，分析泰勒锥形成过程，为无针静电纺丝设备的完善以及纤维的进一步细化提供理论指导。(www.xing528.com)

（2）在多喷头静电纺丝方面，通过对喷丝管进行结构设计，以实现纺丝溶液在流道内的均匀流动和各喷头处的同时等量供液；通过喷头设计提升射流密度以进一步提升纤维膜产量；通过喷丝模块设计减弱射流之间的电场干扰以保证纤维膜的质量。

（3）在纺丝外场环境调控方面，通过开发溶剂蒸汽补偿单元以调控环境中的溶剂浓度，从而实现对射流固化成纤速度的控制；通过对纺丝区域中检测反馈装置的排布进行设计，以实现对纺丝区域温湿度的精密控制。最终，实现批量化生产过程中对静电纺纳米纤维膜结构和质量的精确调控。