靜電紡絲技術作為一種亞微米、納米級纖維的制備技術，擴展了纖維的功能性，有原材料來源廣泛、纖維結構可調(diào)性好、制備技術擴展性強、多元技術結合性強等優(yōu)點。近些年來該技術研究較多，技術發(fā)展迅速，在環(huán)境治理、個體防護、生物制藥、清潔能源和國防軍工等領域已達到應用前期水平，部分實現(xiàn)了產(chǎn)業(yè)化應用。從產(chǎn)業(yè)技術發(fā)展、應用及市場發(fā)展的規(guī)律看，該技術已進入產(chǎn)業(yè)化應用的前期，一旦實現(xiàn)突破將迅速形成市場規(guī)模，并快速增長。

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靜電紡絲技術

纖維及其制品不僅可滿足服飾、家紡、紙張、包裝材料等日常生活的需求，還被廣泛應用于環(huán)境治理、個體防護、能源、醫(yī)療衛(wèi)生、國防軍工等高新技術領域。但目前所用的傳統(tǒng)纖維直徑較粗（多大于1μm），導致其制品存在比表面積小、孔徑大、孔隙率低等不足，難以滿足高新技術領域?qū)Σ牧蠎眯阅艿囊?。纖維直徑的細化可賦予材料明顯的尺寸效應和表面效應，有望顯著提升其應用性能。但當纖維直徑細化至100nm以下時，材料產(chǎn)率極低，難以滿足工程化開發(fā)的需求。亞微米纖維（100nm~1μm）材料不僅可通過纖維聚集使微觀小尺寸效應在宏觀尺度上充分發(fā)揮，有利于應用性能提升，且該尺度的纖維材料易于實現(xiàn)規(guī)?；a(chǎn)。因此，亞微米纖維材料的開發(fā)成為解決上述問題的關鍵。

目前制備亞微米纖維的方法主要包括拉伸法、模板合成法、海島法、自組裝法和靜電紡絲法等。其中，靜電紡絲是指在高壓靜電場的作用下，聚合物射流形成-高速拉伸-相分離固化成纖的過程。其具有原料來源范圍廣、纖維結構可調(diào)性好、制備技術擴展性強、多元技術結合性強等優(yōu)勢，近年來受到科研人員的高度關注，成為當前高性能纖維制品基礎及產(chǎn)業(yè)化應用研究的熱點。

圖1. 靜電紡絲技術原理圖

 

靜電紡絲法始于1934年，美國人福馬斯第一次公開了利用高壓靜電制備納米纖維的專利技術；但在此后的60年里，靜電紡絲并未引起廣泛關注，對其研究也主要集中在裝置改進上，發(fā)展緩慢；直到20世紀90年代，美國阿克隆大學Reneker研究小組對靜電紡絲的工藝和應用展開了全面研究，引起了科研工作者極大的興趣，自此靜電紡絲獲得飛速發(fā)展。

 

 

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靜電紡絲產(chǎn)業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀

 

在基礎研究逐漸成熟的同時，靜電紡納米纖維的工程化應用也得到了持續(xù)不斷的研究，靜電紡納米纖維的應用領域包括環(huán)境治理、個體防護、生物醫(yī)療、清潔能源、國防軍工等。當前，靜電紡纖維的商業(yè)化產(chǎn)品主要有空氣過濾材料（如口罩、工業(yè)濾紙、防霧霾窗紗等）、水過濾用超濾膜材料、防水透濕面料、電池隔膜等。

圖2. 靜電紡纖維材料在各應用領域的發(fā)展現(xiàn)狀

國外高技術企業(yè)如德國Freudenberg、美國Donaldson、日本Fuence等公司均擁有制備商業(yè)化靜電紡纖維產(chǎn)品的核心技術。而我國在靜電紡纖維產(chǎn)品開發(fā)方面存在企業(yè)規(guī)模小、零散度大、自主研發(fā)能力弱等問題，導致相關產(chǎn)品主要依賴進口。

靜電紡絲是一種技術水平高、產(chǎn)品附加值大的高端制造技術，極具發(fā)展?jié)摿?，但國?nèi)在靜電紡絲方面的研究起步較晚。21世紀初，東華大學、同濟大學和復旦大學等一批科研院所率先在靜電紡絲原料及紡絲工藝參數(shù)等方面展開了研究，隨后蘇州納米技術與仿生研究所、江南大學、天津工業(yè)大學和北京服裝學院等也相繼開展了相關研究。與此同時，國內(nèi)一些靜電紡絲企業(yè)逐漸涌現(xiàn)出來并呈現(xiàn)迅速發(fā)展的趨勢，比較知名的企業(yè)包括浙江日出納米新材料有限公司、江蘇寶澤高分子材料股份有限公司、上海東翔納米科技有限公司、江西先材納米纖維科技有限公司等。目前，與靜電紡絲相關的科研院所及企業(yè)已覆蓋全國32個省、市、區(qū)，其中超過半數(shù)分布在華東地區(qū)，尤其以江蘇、上海最為集中。此外，華北、東北、華中等地區(qū)也有少量相關科研院所及企業(yè)分布，但其大多存在科研院所研究不系統(tǒng)，企業(yè)分布零散、規(guī)模小的問題。

 

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上海靜電紡絲領域未來發(fā)展方向

上海在國內(nèi)靜電紡絲科技發(fā)展中居領先地位，從事該領域研究的高校和研究機構眾多，并成立了多家企業(yè)進行產(chǎn)業(yè)化應用的開發(fā)。現(xiàn)階段上海主要集中力量推動已應用的空氣過濾、水過濾、柔性TiO2纖維膜、防水透濕材料等的產(chǎn)業(yè)化應用，加強有應用前景的油水分離、輕質(zhì)保暖等的產(chǎn)業(yè)化共性技術研究，單向?qū)耢o電紡纖維膜材料、高溫隔熱靜電紡無機氧化物纖維體型材料、靜電紡纖維組織工程支架材料、靜電紡碳纖維柔性電極材料的前瞻性研究。

面向環(huán)境保護、個體防護、生物醫(yī)用、能源等領域?qū)δ苄岳w維制品的重大需求，著重拓寬已進入產(chǎn)業(yè)化階段的靜電紡纖維空氣過濾材料的銷售市場，提升市場競爭力。

加快推進防水透濕、水過濾、高溫隔熱、光催化用靜電紡纖維材料的產(chǎn)業(yè)化進程。重點開發(fā)基礎研究成熟、應用潛力巨大的輕質(zhì)保暖、油水分離、傳感監(jiān)測用靜電紡纖維材料規(guī)模化放大專屬設備。

大力深化靜電紡技術在單向?qū)?、航空航天、CO₂分離與轉(zhuǎn)化、組織工程支架等領域的基礎研究工作，促進靜電紡絲纖維材料的產(chǎn)業(yè)全方位快速增長。

 

依據(jù)靜電紡絲技術和產(chǎn)業(yè)發(fā)展的規(guī)律和上海靜電紡絲技術發(fā)展的現(xiàn)狀，上海應加大政府的主導作用，急速產(chǎn)業(yè)應用和共性技術研究，做大產(chǎn)業(yè)規(guī)模，提升產(chǎn)業(yè)技術，加大投入具有領先優(yōu)勢的研究機構并形成產(chǎn)業(yè)技術的研究中心與服務平臺等，集中上海的優(yōu)勢，形成研發(fā)、技術和產(chǎn)業(yè)的核心優(yōu)勢。
作者簡介

張永旭，博士，主要從事納米材料和光電功能材料研究，現(xiàn)任職于上?？茖W院直屬上海市納米科技與產(chǎn)業(yè)發(fā)展促進中心。

作者：微信創(chuàng)新來源：http://www.ctoutiao.com/791046.html