msisdn陈明伊I，陈柔羲1，朱健2，张克勤彳，魏凯彳，董伊航"，王欣S王湘麟I
(1.南方科技大学材料科学与工程系，广东深圳518055；2.南方科技大学前沿与交叉科学研究院,
广东深圳518055； 3.现代丝绸国家工程实验室(苏州)，苏州大学纺织与服装工程学院，江苏苏州215123； 4.苏州贝彩纳米科技有限公司，江苏苏州215131)
摘要：随着纳米纤维应用领域的不断扩展，我国需要加快纳米纤维批量化生产，以满足市场对纳米纤维产品的大量需求。静电纺丝技术是目前制备纳米纤维最常用的方法之一，最有希望成为工业化生产不同种类聚合物纳米纤维的有效方法。本文介绍了溶液静电纺丝和熔体静电纺丝的基本原理和工艺，综述了目前静电纺丝工业化技术的进展，列举了国内外大型静电纺丝工业生产设备，最后对未来静电纺丝实现大规模化生产研究进行了展望。 关键词：静电纺丝；纳米纤维；工业化
高度规
中图分类号：TQ340.64文献标识码：A文章编号：1007-9815(2020)06-0053-12
Research Progress on Industrialization of Electrospinning Technology
CHEN Mingyi1,CHEN Rouxi1,ZHU Jian2,ZHANG Keqin3,WEI Kai3,
DONG Yihang4,WANG Xin2,WANG Xianglin1
(1.Department of Materials Science and Engineering,Southern University of Science and Technology,
Shenzhen518055,Guangdong,China；2.Institute of Frontier and Interdisciplinary Sciences, South University of Science and Technology,Shenzhen518055,Guangdong,China；
3.National Engineering Laboratory for Modem Silk,College of Textile and Clothing
Engineering of Soochow University,Suzhou215123,Jiangsu,China；4.Suzhou Best Color
Nanotechnology Co.,Ltd.,Suzhou215131,Jiangsu,China)
Abstract:With the continuous extending of the application field of nanofibers,the large一scale production of nanofibers to meet the demand of commercial nanofiber products is required to be accelerated in China.Electrospinning technology is currently one of the most commonly used methods to prepare nanofibers,which is expected to become an effective method for the industrialize
d production of different kinds of polymer nanofibers.This review introduces the basic theories and technologies of solution electrospinning and melt electrospinning,summarizes the progress of electrospinning industrialization technology at present,especially presents the equipment for the large-
作者简介：陈明伊(1988—)，硕士研究生，讲师，主要从事功能纳米纤维及其个人防护材料研发，：****************o
scale electrospinning industrial production equipment at home and abroad , and finally prospects the large 一 scale
production research of electrospinning in the future.
Key words ： electrospinning ； nanofiber ； industrialization
0引言
纳米纤维，是指直径为纳米尺寸而长度比较大
的具有一定长径比的线状材料，具有比表面积高、 孔隙率高、连续性好、机械稳定性强等特点，在力
学、光学、电学、热学等方面也表现出特异的性
能。相比普通粗纤维，纳米纤维应用前景更广，如
在环保领域中用于高效过滤污水、净化空气；在生
物医药领域中用于药物缓释、组织细胞生长支撑、 杀菌；在能源领域中用于智能可穿戴设备、电池材
料；在个体防护领域中用于吸附、拦截，以及在国 防军工领域中用于隐身、隔热等。
纳米纤维应用价值高，其制造技术要求也较
高，通过深入研究纳米纤维制备的方法，目前已
经获得了几种制备纳米纤维先进的工艺，如拉伸
法⑴、自组装法0、模板聚合法归⑷、相分离 法⑸和静电纺丝法等2、"。其中，静电纺丝设备 简单、成本低廉、操作方便、工艺可控、原材料
种类多，一直深受国内外研究者青睐，是目前最 早实现工业化批量生产的方法。导电碳油
1静电纺丝技术发展
静电纺丝是将聚合物溶液或熔体放置于强
静电场中，调整适应的温度与湿度，当电压升
高到一定值时，液滴在纺丝喷头上会被拉伸成
泰勒锥并形成极细射流，高速飞向收集器，经 溶剂蒸发或熔体冷却固化后，获得超细纤维，
直径最小可达到1 nm o 静电纺丝法根据聚合物 原料的形态分为溶液静电纺丝法和熔体静电纺 丝法。溶液静电纺丝法需要将聚合物溶解在溶
剂中呈液态后再电纺；而熔体静电纺丝法不需 要借助溶剂，将聚合物加热熔融达到一定黏度
后再电纺。
静电纺丝的原理与装置比较简单，静电纺丝
实验设备最早出现在1934年，由美国Formhals
发明并申请了专利，目前很多静电纺丝设备都是
基于这一设计思想的改造升级。典型的聚合物溶
液静电纺丝设备示意图如图1所示，该设备主要
由注入聚合物溶液的注射器、计量泵、高压电
源、接收屏等部件组成。为了获得更高的纳米纤 维生产效率及特殊的纳米纤维形态，近十年来静
电纺丝设备不断升级，目前市面上已有多种多样
的纺丝设备，但研发新设备的步伐仍然前进不
止，研制操作方便、效率高、纤维质量高的纳米
纤维装置已成为国内外研究重点，为满足市场对
纳米纤维产品的大量需求，纳米纤维必须走向规
模化生产。
g A
為压电源
图1溶液静电纺丝设备示意图
花洒喷头自W的方法2020 年
第6期
54
倉科技笄赧与走用
Hi — Tech Fiber and
Application
2落液静电纺丝工业化技术
溶液静电纺丝法发展较早，相关的研究较多,
溶液静电纺丝的工业化设备研究相比熔体静电纺
丝更为成熟，新世纪之后已实现了批量生产⑷。 目前已投入市场规模化生产的溶液静电纺丝设备
有两大类，分别为多针头静电纺丝设备与无针静 电纺丝设备。相对于实验室的传统单针头静电纺 丝机，这些新设备大大提高了纳米纤维的生产
效率。
2. 1多针头静电纺丝设备
多针头静电纺丝技术是在单针静电纺丝装置 的基础上增加针头数量而产生对应数量的泰勒锥,
从而有效提高纺丝效率，实现批量化生产，多针 头的分布主要有宜线式、矩阵式和圆环式三种，
接收器常见的有双辐筒循环传动或多滚筒单向传 动。目前已经开发了多针头静电纺丝装置的国外
研究机构或公司有意大利spinbow 公司、日本KA
TO TECH 公司、西班牙Yflow 公司、土耳其Inov-
挂链enso 公司。国内的研究机构有清华大学、东华大
学、江西师范大学等，公司有佛山轻子精密测控
技术有限公司、深圳通力微纳科技有限公司、北
京新锐佰纳科技有限公司、北京富友马科技有限
公司等。
意大利spinbow 公司的多针头纺丝工业化生产
设备如图2* (a)所示，该设备针头采用线性式排
列，每纵列有4根针头，可以生产幅宽为0.4 m
的纳米纤维膜产品，可根据产量需求增加针头数
量。日本KATO TECH 公司的量产机型如图2 (b) 所示，该设备的针头采用矩阵式排列，喷丝单元
的每纵列有20根针头并且在纵列之间用挡板隔 开，以解决电场干扰问题。UBC 的Frank Ko 教授
所带领的AFML 实验室已使用该设备，有效制备
幅宽为1-Om 的纳米纤维膜产品。
图2意大利Spinbow 多针头静电纺丝设备和KATO TECH 公司多针头静电纺丝设备
同样采用线性式排列的多针静电纺丝设备还
有土耳其Inovenso 公司，如图3*(a)所示。西班
牙Yflow 公司的量产机型则使用了环形分布的针 式喷丝头，喷丝单元由多个圆形喷丝头组成，每
喷丝头有10-40枚针头，如图3 (b)所示，可 根据产品幅宽或生产效率调整喷丝单元的喷丝头
数量。
佛山轻子精密测控技术有限公司的MF01 -
001大型多针静电纺丝机如图4”所示。该设备采
用阵列多喷头系统，针头数量达256个，满足定
注：*图片来自该公司，后同。
Hi — Tech Fiber and Applicatio
"/ Je#咅科枝笄維島炭用
55
图4佛山轻子精密测控技术有限公司
MF01 -001多针电纺机
图 3 土耳其 inovenso NANOSPINNER416 和
西班牙Yflow 公司的多针式喷头
制化要求增加针头数量，可以制备幅宽为0.66 m 、
1.2 m 、1.6 m 的纳米纤维膜，生产效率可达
20 m/min o
深圳通力微纳科技有限公司的大型量产设备
TL-20M 如图5*所示，该设备采用矩阵式多喷头
系统，喷头数量可在50 -200范围内定制，制备 的纳米纤维产品幅宽有0.2 ~ 0.6 m 、1.0 m 、
1.6 m 等规格，标准型号配备4组16喷头，产品
幅宽为0.5 m o
图5深圳通力微纳科技有限公司TL - 20M 大型量产设备
北京新锐佰纳科技有限公司的TEADFS -400 多针静电纺丝设备如图6* (a)所示，采用矩阵式
针头分布，制备的纤维膜幅宽最大为0.7 m，具
体参数未公布。北京富友马科技有限公司目前只
展示其多针式工业化纺丝设备的纺丝过程，如图
6 (b)所示，并未对具体规格参数及纳米纤维产
品做出详细的报告。
2020 年
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£科枝笄俺与走用
聚氨酯膜
Hi — Tech Fiber and
Application
图6北京新锐佰纳科技有限公司的TEADFS-400和北京富友马科技有限公司的多针电纺产量机纺丝过程
表1总结了目前国内外市场上的多针静电纺丝工业设备。
列出制造该设备的国家、型号、纺丝单元、参数，以及产品规格与产量。
表1国内外多针式工业化静电纺丝设备汇总表
国家公司型号
纺丝单元
（排列方式与数量）
纺丝设备参数产品规格与产量
意大利spinbow未公布线性矩阵式
4针*N排
供液系统：注射器式
电压：0~40V
纺丝针头系统可移动
纺丝喷头：普通针头
射流方向：向下
收丝模式：固定长度与连续收丝
模式均可
控制系统：触屏控制
幅宽：0.4m；产量未
公布
西班牙Yflow高通量静电纺丝设备圆环型排列
]0_40针*N组
供液系统：注射器式/蠕动泵式/
压力式
纺丝针头系统可移动
纺丝喷头：普通与同轴
射流方向：向下
收丝模式：固定长度与连续收丝
模式均可
控制系统：触屏控制
未公布具体数据Hi—Tech Fiber and Applicatio"/爲二咅科枝笄維島炭用
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