現(xiàn)在靜電紡絲產業(yè)化進程怎么樣？
靜電紡絲技術從實驗室逐漸走向產業(yè)化，已經在多個領域實現(xiàn)了初步產業(yè)化的應用，如：化妝品、過濾、防水透氣、生物支架等領域。隨著設備技術的進步、材料多樣化的發(fā)展以及市場需求的推動，靜電紡絲正在從小規(guī)模、高成本的實驗室研究邁向高效、穩(wěn)定的工業(yè)生產階段。
目錄
一、靜電紡絲產業(yè)化的主要進展
二、靜電紡絲工業(yè)化設備發(fā)展
三、無針靜電紡絲的劣勢
四、規(guī)?；嗅橃o電紡絲的優(yōu)勢
五、產業(yè)化過程靜電紡絲工藝推薦
一、靜電紡絲產業(yè)化的主要進展
1. 技術設備的成熟與優(yōu)化
?多噴頭靜電紡絲設備：已經由無針向有針紡絲轉變，早期的實驗階段因無針紡技術維護簡單，所以被多方推崇，但在產業(yè)化過程中，針式多噴頭技術更加容易實現(xiàn)高產能、持續(xù)穩(wěn)定、批量可控，能夠顯著提高生產效率，多針靜電紡絲設備成了真正工業(yè)化穩(wěn)定生產不二的選擇。
?精準環(huán)境控制：溫濕度控制、高壓電場穩(wěn)定性進一步提高，保證了紡絲質量的穩(wěn)定性。
?自動化與智能化生產線：開發(fā)出自動化程度更高的靜電紡絲設備，支持24小時連續(xù)生產，減少維護，降低人工依賴和運營成本。
2.材料體系的多樣化
?聚合物體系豐富：從傳統(tǒng)的聚乙烯醇(PVA)、聚環(huán)氧乙烷（PEO）、聚偏氟乙烯（PVDF）、聚氨酯（PU）到功能性材料如導電聚合物（PEDOT:PSS）、生物相容性材料（明膠、絲蛋白）等，材料種類不斷擴展。
?復合材料開發(fā)：通過復合工藝將靜電紡絲纖維與納米顆粒、金屬離子等結合，制備功能性更強的材料。
?復合工藝的開發(fā)：靜電紡絲、靜電噴霧、在線層壓復合等工藝聯(lián)合串聯(lián)使用，拓展了納米纖維膜產業(yè)化向功能性納米纖維膜產業(yè)化的道路。
3.應用領域的拓展
靜電紡絲產品已經在多個領域實現(xiàn)商業(yè)化，包括：
?過濾與分離：中效、高效過濾材料（如F7-H14等級的納米纖維復合材料）已大規(guī)模生產，用于暖通空調、工業(yè)除塵等空氣凈化領域。
?醫(yī)療健康：醫(yī)用膠帶、傷口敷料、藥物載體、速溶面膜等生物醫(yī)用材料逐漸產業(yè)化。
?功能性紡織品：防水透氣膜等紡織服裝材料已經進入市場。
?能源與儲能：靜電紡絲技術在碳納纖維的生產用于鋰電池、超級電容器電極材料以及固態(tài)電池等方面已經實現(xiàn)初步產業(yè)化。
?建筑與防護：應用于隔熱、防火材料和高強度復合材料的陶瓷材料相關產品逐步推廣。
二、靜電紡絲工業(yè)化設備發(fā)展
隨著工業(yè)化需求的增加，靜電紡絲設備的發(fā)展經歷了多個階段的突破，發(fā)展至今，慢慢從無針紡絲為主流轉變有針紡絲為主流。實驗室設備已經逐漸趨于成熟，經過十幾年的發(fā)展，以佛山微邁科技公司為代表的科研實驗室靜電紡絲設備，從早期市場價為十幾萬甚至二三十萬一臺設備，目前做到低于5萬就可以買到一臺桌面級的設備，大大地減輕了科研人員、特別是年輕教師的科研經費壓力，讓上千個科研團隊通過采購實驗室設備產品完成課題研究，為行業(yè)培養(yǎng)了數(shù)千位靜電紡絲科研人員。目前實驗室的科研用靜電紡絲設備，已經發(fā)展到科研工具級，科研人員可以比較輕松即可獲得科研設備。
三、無針靜電紡絲的劣勢
1.纖維質量和控制問題
?纖維直徑不均勻：無針靜電紡絲產生的纖維直徑不如針式靜電紡絲穩(wěn)定，生產可控性差，纖維直徑均勻性較差，電場的變化、溶液濃度等因素可能導致纖維直徑存在較大波動。
?纖維膜均勻性：由于射流的分布不如針頭靜電紡絲精確可控，會導致纖維在沉積出來的膜，表面看起來很均勻，但實際測試膜的厚度或者克重就會發(fā)現(xiàn)均勻性差。
?成膜質量差：成膜質量差，僅適合一些低價值領域的應用，如粗效濾紙?zhí)畛?，但無法用于高品質的納米纖維制備，因此無更多應用場景可適用。
2.溶液和材料的適用性
?溶液特性要求高：無針靜電紡絲對聚合物溶液的流動性、表面張力和導電性有較高要求。溶液黏度適應范圍較小，比較適合低粘度的溶液材料，一般低于2000cps比較容易用于生產，如果溶液的粘度或導電性不合適，可能難以形成穩(wěn)定的納米纖維。
?材料限制：某些高粘度的材料或那些不易溶解的聚合物在無針靜電紡絲中可能不適用，這限制了其適用材料的范圍。例如同幅寬下，有針靜電紡絲的產能為無針紡的1.3倍（PVA，11%，同溫濕度條件測試），對水性溶劑體系材料比較適合，油性溶劑體系材料適應性差。
3.纖維收集穩(wěn)定性低
?纖維收集不穩(wěn)定：與針頭式靜電紡絲相比，無針靜電紡絲生成的纖維由于較大的電場分布，收集穩(wěn)定性較低，尤其是在大規(guī)模生產時，持續(xù)生產穩(wěn)定性差，無法保證連續(xù)生產10h甚至20h連續(xù)穩(wěn)定，前后生產產能不一致，納米纖維產品品質低等問題，需要更多的優(yōu)化來提高纖維收集穩(wěn)定性。
射流分布不均勻
?射流不穩(wěn)定：無針靜電紡絲技術依賴電極表面溶液液面擾動產生的電場力突破來拉伸溶液中的聚合物。電場力不均勻，會導致纖維形成過程中的射流位置不穩(wěn)定性，從而造成最終產品的質量低，無法滿足未來工業(yè)生產對納米纖維高品質的需求。
4.生產規(guī)模化挑戰(zhàn)
?大規(guī)模生產難度：盡管無針靜電紡絲的生產速度較快，但在大規(guī)模生產中仍面臨一些挑戰(zhàn)。例如，溶液耗費量大，噴射不均勻、噴射不穩(wěn)定等問題，如何在更大范圍內保持射流均勻性和如何高效地收集纖維，仍是技術突破的難點，只能小試生產，沒辦法通過不斷擴充單元的方式來拉大生產效率。
四、規(guī)?；嗅橃o電紡絲的優(yōu)勢
?纖維直徑與質量可控性強：有針紡絲采用多點精確噴射，纖維直徑、形態(tài)和結構均可控，成膜質量高，可控性強，在環(huán)境參數(shù)可控情況下，可以實現(xiàn)長時間穩(wěn)定生產。目前階段，靜電紡絲產業(yè)對膜的品質、質量以及功能的要求很高，因此，有針靜電紡絲更適合工業(yè)化應用，包括高精度需求的產品（如藥物載體納米纖維、新能源材料、過濾材料、防水透氣膜等）。
?材料適用范圍廣：可用于各種不同的高分子溶液，包括復雜溶液體系，例如多組份復合材料和功能性納米纖維。
?定向紡絲：通過針頭的排列和控制，可以實現(xiàn)纖維的定向排列和結構化，上紡下紡可以自由選擇，適合制作特殊功能的納米纖維材料。
?適合多功能性產品開發(fā)：便于進行同軸、微球、多組份靜電紡絲，能生產具有復雜結構的納米纖維，如芯殼型、Janus纖維、微球包覆等。
五、產業(yè)化過程靜電紡絲工藝推薦
發(fā)展階段 | 無針紡 | 多針紡絲 |
材料試樣 | 不合適，材料浪費大 | 單針或者十幾針，工藝簡單穩(wěn)定，可快速試樣，快速培養(yǎng)工程師對靜電紡絲技術的認知 |
小試 | 勉強合適 優(yōu)點：工藝簡單 缺點：不適合中試和規(guī)模化生產，小試的材料、工藝對中試和量產無多大的參考價值，性價比不高 | ≤500針 可穩(wěn)定小批量出樣品，為中試提供工藝參考 |
中試 | 不合適 | 1000針-2000針 可穩(wěn)定生產樣品，工藝穩(wěn)定，為擴大規(guī)模化生產培養(yǎng)人才。驗證市場。 |
規(guī)?；a | 不合適 | 10000針-100000針 可穩(wěn)定生產產品，產品批次穩(wěn)定性高，適合快速占領市場，按市場進展擴產生產線產能，模塊化。 |
提到有針紡大家最多想到的是針頭堵塞維護問題，針頭滴液影響紡絲穩(wěn)定問題。這個會出現(xiàn)的問題，其實早就已經被佛山微邁解決了，可以給大家分享一下：
?解決滴液問題：滴液問題包括工藝參數(shù)的可控性和設備本身，設備本身在于噴頭的電場均勻性優(yōu)化和供液均勻性優(yōu)化，目前微邁團隊專利技術解決了大幅寬針尖電場優(yōu)化問題和供液優(yōu)化問題，可以保證針尖間距在15mm的情況下，1.8m幅寬的噴頭電場均勻供液均勻，解決了因設備本身造成的滴液問題。
?解決針頭堵塞問題：針頭的堵塞原因包括材料本身、工藝調控、噴頭設計等，微邁團隊經過多年的技術沉淀，解決了供液均勻性和電場均勻性的問題，使得在紡絲過程中不噴液不斷液。通過多年的工藝調控經驗，可以快速讓射流穩(wěn)定工作，避免出現(xiàn)針尖掛絲、凝膠堵塞問題。經過微邁團隊的專利技術，可以在設備工作過程中短短幾分鐘內完成緩液，并繼續(xù)保持持續(xù)穩(wěn)定工作，經測試連續(xù)24h工作，持續(xù)工作一周，設備工藝整體穩(wěn)定性變化不大，產能均勻性影響極小。
?解決材料適應工藝問題：靜電紡絲原料問題是一個制約靜電紡絲工業(yè)化應用的核心問題，靜電紡絲工藝對高分子原料的分子量、溶液黏度、溶液電導率以及溶液表面張力影響都非常大。很多時候在實驗室用單針或者十幾針能使用的材料，在幾十針上百針放大生產的時候，因電場環(huán)境更復雜，供液適應性，電場強度等原因，使得材料不再適應生產，這時候需要重新設計，這可能是許多科研人員沒有考慮過的，因為在產業(yè)轉化放大的時候，需要考慮的是生產效率、工藝穩(wěn)定性，目前常用的商用牌號的聚合物材料很多都是不匹配靜電紡絲工業(yè)化生產的。主要在于要么固含量比較低，要么黏度過高等問題。
靜電紡絲產業(yè)化客戶案例
