靜電紡絲技術是一種制備微多孔膜的新技術，其通過高壓靜電場使聚合物溶液或熔體帶電在噴頭上形成泰勒錐，當聚合物溶液表面的靜電排斥力大于其表面張力時，溶液會被拉長形成射流，進一步在電場力作用以及被拉伸、破裂等多種復雜運動下形成多根細纖維，溶液經過揮發和固化，最后在接地或者帶負電的接收裝置上堆積形成膜，即納米纖維膜。靜電紡絲技術是一種簡便且可大規模制備微納米纖維膜的方法，其可用于膜加工的材料來源廣泛，且能對纖維直徑和膜的孔徑進行靈活控制；所制備的膜手感柔軟、孔隙率高、孔道連通性好、表面粗糙度高；膜的材料組分和膜結構可進行多種復雜組合設計。因此，近年來納米纖維膜被認為是防水透濕膜領域最具前景的膜材料。

溶液靜電紡絲技術

    溶液靜電紡絲技術是目前研究最多，也是工藝相對成熟的納米纖維膜制備技術。溶液靜電紡絲所使用的溶液是多樣的，不僅可以利用樹脂原漿或其稀釋溶液，也可以將聚合物溶解在溶劑中得到紡絲液。對于不易溶解的聚合物，還可以將其粉體分散或者混合在其他可紡絲的載體聚合物溶液中。比如聚四氟乙烯（PTFE）是不易溶解的聚合物，但是可以將其粉體分散在聚乙烯醇（PVA）或聚氧化乙烯（PEO）水溶液中進行紡絲，得到基膜之后在合適的溫度下進行燒結，在該溫度下，PVA或PEO受熱分解，PTFE粉體黏合成纖維整體，最后制得純的PTFE納米纖維膜。

    溶液靜電紡絲加工設備分為針頭式和無針頭式兩大類。針頭式設備可以通過擴展針頭數量，形成多個泰勒錐以提高產能，但是針頭之間電場相互干擾會嚴重影響產品的均勻性和產能。無針頭式設備主要基于帶電自由液體表面激發聚合物溶液產生多個射流，從而提高納米纖維的生產效率，也被稱為自由液面靜電紡絲。無針頭式設備分為多孔式、滾筒式、離心式、氣泡式、振動式等，其與傳統針頭式噴射裝置相比，可減少針頭間電場的相互干擾，且裝置占地面積相對減少，但紡絲的可控性較差，且紡絲過程中暴露的液面會有溶劑揮發從而改變溶劑黏度，影響紡絲的穩定性，其可以通過快速更新液面減少揮發帶來的影響。通過對多針頭紡絲優化和設置無針頭紡絲可以顯著提高納米纖維的生產效率。目前能夠提供工業化多針頭紡絲設備的企業有土耳其Inovenso Technology，提供工業化無針頭生產設備的企業有日本的MECC Co., Ltd.、捷克的Elmarco。國內靜電紡絲設備生產企業也在積極開展溶液靜電紡絲設備的設計攻關，據報道部分企業已經實現了該設備的規?；a。

熔體靜電紡絲技術

    相對于溶劑靜電紡絲過程需要用到溶劑，熔體靜電紡絲采用聚合物熔體進行紡絲，避免了溶劑使用、殘留、回收及處理等問題，是聚合物納米纖維綠色制造的發展方向。但其也存在裝備復雜、工藝滯后、材料黏度高、導電能力弱、問題纖維細化難、制備效率低等問題。一般來說熔體靜電紡絲需要施加的電壓更大，接收距離更短，其以毛細管針頭、圓盤噴頭、狹縫噴頭、熔體微分噴頭和氣泡紡絲等多種形式進行紡絲。隨著對熔體紡絲材料、工藝和設備的優化，規?；垠w靜電紡絲技術將逐漸被突破，產業化正越來越近。

氣流納米紡絲技術

    除了利用高壓靜電場對溶液進行拉伸，利用氣流對溶液進行拉伸也可以得到納米纖維。據悉，清華大學研究團隊開發了一種全新的、結合卡門渦街原理的無針頭溶液氣流納米紡絲技術。該技術采用全新設計的連續化系統來實現無針溶液的傳輸以制備納米纖維。紡絲溶液被閉環連續運動的尼龍線從儲液槽中攜帶出后，在高速氣流的驅動下，形成泰勒錐并高速噴射，通過快速拉伸和擺動形成納米纖維。該紡絲過程同時存在空氣射流與卡門渦街相結合的氣流結構。兩者的共同作用極大促進 了納米纖維的高通量生產。通過流體理論和計算流體動力學模擬的研究發現，穿過尼龍線的高速氣流在尼龍線的背風側產生強烈的剪切應力和卡門渦流。強剪切應力促進了泰勒錐的形成和溶液射流的細化，而卡門渦旋擾亂了流場并加速了氣流從層流轉變到湍流，促進了溶液射流的揮發。

    除此之外，還有研究將氣流和高壓靜電進行組合，開發出氣流輔助的靜電紡絲技術，以減少射流間的干擾，提高射流激發和生產效率。在常規靜電紡絲中，紡絲速度取決于溶液從噴嘴尖端被電場排斥拉出的速度，當進料速度過高時，溶液可能直接從針尖端噴射出來，而不能形成納米纖維。而氣流輔助作用可以給針尖的溶液更高的初始拉力，使纖維射流更容易形成。氣流納米紡絲技術雖然可以提高產能，但是如何獲得穩定的紡絲過程和均勻的纖維直徑，依然具有挑戰性。

    更多內容，請關注《紡織導報》2023年第2期“新型納米纖維防水透濕膜的研發及應用”。