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静电纺丝如何提升纺织材料的功能性
静电纺丝如何提升纺织材料的功能性
发布时间:2025.02.20
作者:
静电纺丝是一种特殊的纤维制造工艺,聚合物溶液或熔体在强电场中进行喷射纺丝,在电场作用下,针头处的液滴会由球形变为圆锥形,并从圆锥尖端延展得到纤维细丝,这种方式可以生产出纳米级直径的聚合物细丝。
它可以通过以下几种方式提升纺织材料的功能性:
改善物理性能
提高强度和耐磨性
:静电纺丝制备的纳米纤维直径小、比表面积大,分子链排列更加规整,结晶度更高,从而提高了纤维的强度和耐磨性。例如,在碳纤维的制备中,通过静电纺丝技术可以获得直径更小、性能更优异的碳纤维,用于航空航天、体育器材等领域。
增强柔韧性
:纳米纤维的柔韧性较好,可以在不影响材料强度的情况下,提高纺织材料的柔韧性和可加工性。例如,在柔性电子器件中,静电纺丝制备的纳米纤维可以作为电极材料,具有良好的柔韧性和导电性。
调节孔隙率
:通过控制静电纺丝的工艺参数,可以调节纳米纤维的孔隙率和孔径大小。高孔隙率的纺织材料具有良好的透气性、透湿性和过滤性能,可用于制作防护服、过滤材料等。例如,在空气过滤领域,静电纺丝制备的纳米纤维滤材具有高效的过滤性能和低阻力,可以有效过滤空气中的灰尘、花粉和细菌等污染物。
在改善物理性能方面,东华大学覃小红教授团队长期专注于多维度微纳米纤维集合体介质诱导成形理论与技术产业化研究。他们发现,静电纺丝制备的纳米纤维,因直径小、比表面积大,分子链排列更为规整,结晶度得以提高,从而显著增强了纤维强度与耐磨性。像在航空航天领域应用的高性能碳纤维,部分便是借助静电纺丝技术获得,其直径更小且性能更优。同时,纳米纤维良好的柔韧性,在不削弱材料强度的前提下,提升了纺织材料的柔韧性与可加工性。在调节孔隙率上,研究表明,通过精准调控静电纺丝的工艺参数,如溶液浓度、电场强度等,能够有效控制纳米纤维的孔隙率与孔径大小。例如,有研究利用静电纺丝制备出高孔隙率的纳米纤维膜用于防护服制作,其不仅透气性、透湿性佳,还具备高效的过滤性能,可有效阻挡灰尘、细菌等污染物。
赋予化学性能
提高耐腐蚀性
:通过在纳米纤维表面涂覆或掺杂耐腐蚀的物质,可以提高纺织材料的耐腐蚀性。例如,在金属防护领域,静电纺丝制备的纳米纤维可以作为涂层材料,具有良好的耐腐蚀性和附着力,可以有效保护金属表面免受腐蚀。
增强抗菌性能
:将具有抗菌性能的物质如银纳米粒子、壳聚糖等引入纳米纤维中,可以赋予纺织材料抗菌性能。例如,在医疗卫生领域,静电纺丝制备的纳米纤维可以作为伤口敷料,具有良好的抗菌性能和生物相容性,可以有效防止伤口感染,促进伤口愈合。
实现自清洁功能
:在纳米纤维表面引入具有自清洁性能的物质如二氧化钛等,可以使纺织材料具有自清洁功能。例如,在建筑外墙涂料中,静电纺丝制备的纳米纤维可以作为添加剂,具有良好的自清洁性能和耐候性,可以有效保持建筑外墙的清洁和美观。
赋予化学性能层面,诸多研究人员开展了相关探索。在提高耐腐蚀性研究中,有科研团队通过在纳米纤维表面涂覆耐腐蚀物质,成功提升了纺织材料的耐腐蚀性。如在海洋环境金属防护研究里,将静电纺丝制备的纳米纤维涂层应用于船舶外壳,经长期监测,发现其能有效阻隔海水与金属接触,显著延长了船舶外壳的使用寿命。在增强抗菌性能方面,东华大学蔡再生教授团队利用静电纺丝技术,将具有抗菌性能的银纳米粒子引入纳米纤维,制备出的抗菌纳米纤维用于医疗卫生领域的伤口敷料。实验数据显示,该敷料对常见致病细菌的抑制率高达 95% 以上,能有效预防伤口感染,加速伤口愈合。还有研究通过在纳米纤维表面引入二氧化钛等物质,实现了纺织材料的自清洁功能。如某建筑外墙涂料添加静电纺丝制备的含二氧化钛纳米纤维后,经户外测试,在光照条件下,外墙表面污渍明显减少,保持了长期的清洁美观。
增加功能性
引入导电性能
:将导电物质如碳纳米管、石墨烯等引入纳米纤维中,可以制备出具有导电性能的纺织材料。例如,在智能服装中,静电纺丝制备的导电纳米纤维可以作为传感器和电极材料,实现对人体生理信号的监测和传输
2
。
添加光学性能
:通过在纳米纤维中添加光学活性物质如荧光染料、量子点等,可以赋予纺织材料光学性能。例如,在防伪标签中,静电纺丝制备的纳米纤维可以作为荧光标记材料,具有良好的荧光性能和稳定性,可以有效提高防伪效果。
赋予磁性
:将磁性物质如四氧化三铁、钴等引入纳米纤维中,可以制备出具有磁性的纺织材料。例如,在磁记录材料中,静电纺丝制备的磁性纳米纤维可以作为磁记录介质,具有良好的磁性和稳定性,可以有效提高磁记录密度和读写速度。
增加功能性领域同样成果丰硕。在引入导电性能上,有研究团队将碳纳米管与聚合物混合后进行静电纺丝,制备出具有导电性能的纺织材料。南京理工大学的李强教授和范德松教授采用卷对卷静电纺丝技术制备的智能纺织品,其中的导电纳米纤维作为传感器和电极材料,能够精准监测人体生理信号,如对心率的监测误差可控制在极小范围内。在添加光学性能方面,科研人员在纳米纤维中添加荧光染料,制备出具有光学性能的纺织材料用于防伪标签。经实际应用验证,该材料在特定光源下能发出清晰且独特的荧光,有效提升了防伪效果。在赋予磁性研究中,有团队将四氧化三铁引入纳米纤维,制备出磁性纺织材料。实验表明,该材料可在外部磁场作用下发生定向排列,在磁记录领域展现出潜在应用价值,有望提高磁记录密度与读写速度 。
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