背景介绍：连续氮化硅纱线凭借高强度、高韧性及透波性，成为制备航空航天器（如雷达罩、天线窗）陶瓷基复合材料的关键增强材料，而 3D 编织预制件是获取具备断裂韧性、分层能力等优异机械性能复合材料的常用增强形式。但在编织过程中，多层纱线往复运动引发的反复磨损是亟待解决的问题 —— 已有研究表明干碳纤维纱线因编织损伤致拉伸强度降低 9 - 10%，而 Si₃N₄纤维因固有脆性、高模量且耐磨性更差，其损伤更为严重。庆幸的是，通过静电纺丝技术在纤维束表面构建皮芯结构保护层已被证实有效，像丝纳米纤维、PSA 纳米纤维、PVDF - TrFE 纳米纤维等包裹形成的皮芯纱线，均展现出对芯纱的良好保护作用，这为解决 Si₃N₄纤维编织磨损问题提供了研究方向。

基于上述背景，来自天津工业大学纺织科学与工程学院吴宁研究员团队在近日发布了关于提升Si₃N₄纤维可织性的最新研究成果。在该研究中，团队创新地采用两步法构建了可用于保护 Si₃N₄纤维的 PTFE/POM 纳米纤维膜，成功降低了Si₃N₄纤维在编织过程中的磨损，为陶瓷纤维的编织加工提供了一种新途径。该成果以“Synergistic friction-reducing effect of PTFE and POM nanofiber membrane: Enhancing the weavability of Si3N4 fiber”为题发布在《Tribology Transactions》期刊。

在本研究中，团队创新地采用两步法构建了用于保护 Si₃N₄纤维的 PTFE/POM 纳米纤维膜。首先，通过静电纺丝技术将 POM 纳米纤维膜包裹在 Si₃N₄纤维上，然后在其上施加 PTFE 涂层，形成 Si₃N₄@PTFE/POM（F Si₃N₄@POM）纱线。

随后在不同的成型速度下评估了 F Si₃N₄@PTFE/POM 纱线的摩擦学性能。结果表明，Si₃N₄@POM 纱线的包裹速度是影响 F Si₃N₄@POM 纱线摩擦磨损性能的主要因素。其中，1.8 m/min 的 F Si₃N₄@POM 纱线表现出最小的摩擦 COF 为 0.024，并且在 0.1-0.5 N 的法向载荷下可形成有效的减摩层，从而有效避免了编织过程中 Si₃N₄纤维的磨损。

同时，POM 纳米纤维膜的网络结构可为该层提供高耐磨性。在编织过程中，与 Si₃N₄纤维相比，该层将断裂强度损失从 7.98% 降低到 1.65%。这表明 POM 纳米纤维膜能有效保护 Si₃N₄纤维免受磨损。

综上所述，该研究开发了一种可自形成减摩层的复合纳米纤维膜，可避免陶瓷纤维在编织过程中受到磨损。另外，该技术具有良好的成型速度，所形成的皮芯纱线具有优异的减摩或耐磨性能，有望为陶瓷纤维提供新的编织途径。

静电纺丝技术在制备高性能纳米纤维材料方面展现出了无可比拟的优势，尤其是在航空航天、生物医学、电子信息等高精尖领域，其价值愈发凸显。在本研究中，该技术成功用于构建PTFE/POM纳米纤维膜，成功提升了Si₃N₄纤维编织性能。这一成果不仅彰显了静电纺丝设备在纳米尺度材料设计与制造中的强大能力，还印证了其在提升材料性能、拓展应用边界的潜力。佛山微迈科技有限公司自主研发的各类中大型静电纺丝设备，具备高精度的参数控制和智能化的操作系统，无论是复杂结构的纳米纤维制备，还是高性能复合材料的研发，均能实现从实验室研究到大规模生产的多样化需求。

文献来源：https://doi.org/10.1080/10402004.2025.2514762