捷克发明纳米纤维静电纺丝机：纳米蜘蛛

-------------------------------------------------------------------------------- 2004年11月3日，捷克利贝雷茨技术大学召开新闻发布会，正式宣告该大学与爱勒马可（ELMARCO）公司合作生产的纳米纤维纺丝机“纳米蜘蛛”问世。据称该机是世界上首台纳米纤维纺丝机，可大规模低成本生产纳米纤维材料，市场前景看好。本文就捷克纳米蜘蛛的研制、纳米纤维材料的特性和捷克正在进行的有关研究作一简要介绍。 一、纳米蜘蛛的研制 目前能够生产超细纤维的技术包括：用热气流拉伸的方法即熟知的熔喷法制造出的纤维在1000~2000纳米；海岛法能得到微米级纤维；静电纺丝法可以得到50~1000纳米的纤维，静电纺丝是得到纳米纤维最重要的基本方法。这一技术的核心是使带电荷的高分子溶液或熔体在静电场中流动与变形，然后经溶剂蒸发或熔体冷却而固化，于是得到纤维化物质。因此这一过程又称静电纺丝，或简称电纺。 传统的卧式静电纺丝机使用喷丝头，针头上形成Taylor锥产生纳米丝，每小时生产0.1~1克。这种方法不能形成大规模生产，限制了其工业应用。捷克利贝雷茨技术大学副校长、著名无纺专家伊尔萨克教授首先想到能否研制出不使用喷丝头的电纺机，简称纳米蜘蛛，以实现纳米纤维材料大规模工业化生产的目标。2003年初，在伊尔萨克教授的领导下，利贝雷茨技术大学无纺系成立了研发小组，在实验室很快攻克了不用喷丝头的难题，并于同年9月8日申请了专利。2004年研发人员与爱勒马可公司合作开发工业生产的工艺，并于8月24日宣布取得重要发现，9月15日爱勒马可公司取得纳米纤维纺丝机——纳米蜘蛛的独家开发生产和销售权，11月3日宣布纳米蜘蛛样机问世，并现场展示了宽幅为1.5米的纳米无纺布的生产，其特点是：无喷丝头；纳米布的重量为0.1~5克每平方米；产量为每分钟每米宽幅1~5克；材料是溶液；纤维直径为100~300纳米；成本较低。纳米蜘蛛将参加2005年的一些重要的博览会。 二、纳米纤维材料的应用与研究 纳米纤维的性能主要是：高比表面积；小孔径；多孔积率；直径范围50－1000纳米。可使用的原材料包括：高聚物溶液或熔体；可采用30多种聚合物，包括聚环氧乙烷（PEO）、DNA，PAA，PLA等均已成功生产出纳米纤维；也可以用蛋白质、胶原质，有机物（尼龙、聚酯、压克力等）来制造纳米纤维；还可以用PVA、P S、PAN等以及缩氨酸、纤维素等。 科研人员在光学显微镜下观察到含有纳米纤维的复合材料的内部结构。在研究纳米纤维的过滤性能时，科研人员发现铺上纳米纤维的熔喷非织造布与纺粘非织造布的过滤效率的对比，效率几乎增大到100%，可见纳米纤维法的过滤性能的超强优越性。与此同时，在熔喷或纺粘非织造布表面铺上纳米纤维后压降明显增大，证明不但过滤效率高，同时过滤质量高。因此，在过滤领域可能会引起一场革命。 针对纳米纤维材料的独特性能，科研人员提出了10个应用研究的领域，分别研究纳米纤维材料的复合、过滤、分离膜、生物医学应用（包括人造器官、组织工程、血管、给药系统、创伤包扎、呼吸面罩）、防护服，太阳帆及光帆以及在太空使用的镜面、植物杀虫剂方面的应用、纳米导体和纳米电气应用如场效应晶体管以及超小型天线，化学催化剂装置和燃料电池的储氢罐。 捷克利贝雷茨是世界上纺织技术的主要发源地，如气流纺纱和无梭织机都是在那里发明的，如今又在纳米纤维纺织机械的研制上率先取得突破，据称领先美国和日本同类研究至少一年。利贝雷茨技术大学的纳米蜘蛛的科研人员有意与中国开展多方面的合作，伊尔萨教授曾到访国内有关大学，率先向中国同行介绍了其纳米蜘蛛的研究。另据国内同行介绍，我国有能力研制出与纳米蜘蛛相媲美的纳米丝纺织机，而更关键而紧迫的研究则是纳米纤维的应用，以尽快占领市场。