納米纖維材料,口罩的替代「心臟」

2021-02-25 鏈塑網

文|LUCY

由於現在口罩的火爆程度，相信大家不管是行業內的還是行業外的，都應該或多或少的了解了口罩對於病毒、細菌的防禦原理及功效。

我們現在所用大口罩，其過濾空氣當中的顆粒物主要有兩種方法，第一種是機械阻隔，第二種是靜電吸附。所謂的機械阻隔就是利用顆粒物的布朗運動慣性碰撞進行攔截，用機械性的方式把顆粒攔截掉，但是這種方式對於顆粒粒徑小於一個微米以下的顆粒過濾效果就非常差。而我們典型的病毒的顆粒的大小在0.02~0.2微米之間，新型冠狀病毒顆粒大小在0.1微米，那麼就需要用靜電吸附。

目前，我們日常所佩戴的口罩防護機理大多都是這樣的!但是這樣面臨一個新的問題——口罩的使用期限有限，且不能經過水洗!一旦熔噴層表面的電荷大幅衰減，那麼口罩對病毒的吸附作用就會大大降低，口罩的「心臟」就失去了作用!並且一次性口罩的使用會增加物質的浪費！

其實，在口罩剛火爆的時候，「熔噴料」和「納米纖維」是同時出現在大家視野的，上圖是澎湃新聞報導的一則新聞，一家在2019年年底已經遣散員工的企業，憑藉納米纖維口罩4天去4年庫存(記住這個時間，是4年!!!)，最後起死回生!

從百度「納米纖維口罩」可以看出：1、已經有企業研發出納米纖維口罩並已經面市;2、納米纖維口罩可重複性使用、可水洗。

納米纖維布替代熔噴布做口罩

科技戰「疫」：納米纖維膜KN95口罩投產


 

圖1：熔體流量對纖維直徑的影響

從圖1可以看出，不同空氣速度時熔體流量對纖維直徑的影響。圖中，每個點表示在一定的空氣速度和一定的熔體流量條件下得到的纖維直徑；每條曲線表示一定空氣速度時熔體 流量對纖維直徑的影響。

由曲線變化趨勢可以看出，隨著熔體流量的逐漸增加，纖維直徑也逐漸增大。其他條件相同下，熔體流量越小，得到的纖維直徑越細。

 

圖2：空氣速度對纖維直徑的影響

從圖2可以看出，當熔體流量一定時，隨著空氣速度逐漸增加，纖維直徑逐漸減小，且纖維直徑的減小程度先大後小。由於熔噴工藝的主要特點是靠高速空氣射流衝擊拉伸熔體細化成纖，所以空氣速度越大，其對熔體衝擊拉伸作用力越大，得到的纖維直徑越細。

 

圖3：噴絲孔直徑對纖維直徑的影響

從圖3可以看出，隨著噴絲孔直徑的逐漸增加，纖維直徑逐漸增大。由於熔噴的目的是將噴絲孔流出的熔體拉長變細，如果噴絲孔直徑較大，則熔體的初始直徑就較大，熔體在一定的拉伸細化力作用下，只能細化到一定細度；而如果噴絲孔直徑較小，則熔體的初始直徑也較小，該直徑的熔體在條件相同的拉伸細化力作用下，可以形成更細的纖維。

因此，獲得較細纖維的條件是較高的空氣速度、較小的熔體流量和較小的噴絲孔直徑。

綜合比較這3個工藝參數對微納米纖維直徑的影響程度順序是：熔體流量影響程度最大，空氣速度影響程度次之，噴絲孔直徑影響最小。採用常規的熔噴設備，製作微納米級纖維的關鍵技術是進一步減小熔體流量，其次是增大空氣 流量或速度。雖然減小噴絲孔直徑對減小纖維直徑 幾乎沒有作用，但是，對生產的連續性或纖維網材料 的質量有積極作用。

經歷此次疫情，我國生產口罩的數量劇增，希望在數量上升的同時也保證質量，不再出現因不合規而被退回。同時大數量的一次性口罩使用過後，口罩的處理也是一個難題。納米纖維口罩有效性長並且可重複使用，可成為口罩的替換「心臟」!

參考資料：

【1】論文《微納米纖維的熔噴製作工藝》上海工程技術大學 辛三法、王新厚、胡守忠  2016

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