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非織造布行業(yè)對(duì)納米纖維的需求有望增長(zhǎng)。根據(jù)Allied Market Research的數(shù)據(jù)，2020年全球?qū)Ψ强椩觳加眉{米纖維的需求量超過(guò)250萬(wàn)噸。展望未來(lái)，2030年全球?qū)Ψ强椩觳加眉{米纖維的需求預(yù)計(jì)將略高于1000萬(wàn)噸，在整個(gè)預(yù)測(cè)期內(nèi)的復(fù)合年增長(zhǎng)率將低于兩位數(shù)。包裝無(wú)紡布
據(jù)Allied Market Research的分析師Prakhar Jain稱(chēng)，最初，直徑小于100納米的纖維被視為納米纖維，不過(guò)最近范圍有所擴(kuò)大，所有直徑小于500納米的纖維都被視為納米纖維。此外，納米纖維的直徑取決于所用聚合物的類(lèi)型和生產(chǎn)方法。
與超細(xì)纖維相比，納米纖維的獨(dú)特之處在于其較大的表面積與體積比、高孔隙率、出色的機(jī)械強(qiáng)度以及在功能化方面的靈活性。Jain說(shuō)。
據(jù)市場(chǎng)研究人員稱(chēng)，納米纖維可以由天然聚合物和合成聚合物組成。天然聚合物包括膠原蛋白、纖維素、絲素蛋白、角蛋白、明膠和多糖（例如殼聚糖和海藻酸鹽）。合成聚合物包括聚乳酸（PLA）、聚己內(nèi)酯（PCL）、聚氨酯（PU）、聚乳酸-共-乙醇酸（PLGA）、聚3-羥基丁酸-共-3-羥基戊酯（PHBV）和聚乙烯-共-醋酸乙烯酯（PEVA）。包裝無(wú)紡布
與傳統(tǒng)纖維相比，納米纖維具有更高的初始和持續(xù)效率，Jain 說(shuō)，當(dāng)清潔時(shí)，納米纖維網(wǎng)絡(luò)能比沒(méi)有細(xì)纖維層的清潔過(guò)濾器更好地捕獲灰塵和其他有害顆粒。他們能夠利用攔截、擴(kuò)散和撞擊等過(guò)濾方法來(lái)實(shí)現(xiàn)高水平的過(guò)濾。
納米纖維出眾的另一個(gè)原因是納米纖維層比其他纖維更持久。納米纖維能將這些顆粒捕獲在纖維表面，有助于防止它們堵塞纖維中的其他材料層，他解釋道，更長(zhǎng)的纖維壽命意味著最終用戶(hù)不需要經(jīng)常購(gòu)買(mǎi)纖維。因此，盡管許多細(xì)纖維的前期成本較高，但從長(zhǎng)遠(yuǎn)來(lái)看，它們可以節(jié)省大量資金。包裝無(wú)紡布
據(jù)Smithers咨詢(xún)公司的Phil Mango稱(chēng)，在納米纖維非織造布的生產(chǎn)工藝中，靜電紡絲占據(jù)了主要地位。由于電壓要求高、生產(chǎn)率低以及對(duì)聚合物性能高度依賴(lài)，靜電紡絲工藝因而具有很大的局限性。他還補(bǔ)充說(shuō)，其他紡絲微納米纖維的方法包括溶液噴射或噴氣紡絲、離心紡絲、相轉(zhuǎn)變冷凍干燥和模板合成法。包裝無(wú)紡布
由于產(chǎn)量高，溶液噴射似乎是最有希望的替代方案之一，它不需要高壓，可以替代靜電紡絲，他解釋說(shuō)，研究表明，溶液噴射的微納米纖維與通過(guò)靜電紡絲獲得的纖維具有幾乎相同的形態(tài)和結(jié)構(gòu)。而與靜電紡絲相比，溶液噴射的生產(chǎn)率高出了一個(gè)數(shù)量級(jí)。包裝無(wú)紡布
他補(bǔ)充說(shuō)，離心紡絲被認(rèn)為是替代靜電紡絲的出色的候選者。與溶液噴射技術(shù)類(lèi)似，離心紡絲由于具有高生產(chǎn)率而在工業(yè)應(yīng)用中極富前景。
其他一些非靜電紡絲技術(shù)，例如模板合成、相轉(zhuǎn)變、冷凍干燥和基于噴絲板的拉伸技術(shù)，它們適用于特定的應(yīng)用領(lǐng)域，例如電子、光電、傳感器和電池應(yīng)用。與溶液噴射和離心紡絲相比，這些替代技術(shù)的生產(chǎn)能力較低，但其形成三維結(jié)構(gòu)的能力使它們有希望成功用于生物醫(yī)學(xué)應(yīng)用、組織工程、增強(qiáng)材料、智能紡織品、致動(dòng)器或傳感器。Mango說(shuō)。
Hifyber專(zhuān)注于過(guò)濾介質(zhì)
土耳其的Hifyber公司加工的納米纖維比人的頭發(fā)細(xì)500倍。其結(jié)構(gòu)讓納米纖維層顯示出非常獨(dú)特的特性，例如高表面積體積比、高孔隙率和小孔徑。
納米纖維層的小孔徑使其能對(duì)非常小的灰塵和生物雜質(zhì)進(jìn)行機(jī)械過(guò)濾，高孔隙率能確保高的氣流（較低的壓降），因而能降低成本并節(jié)能。Hifyber公司的銷(xiāo)售經(jīng)理Mehmet Gonullu說(shuō)：納米纖維的這些獨(dú)特特性與材料本身的功能相結(jié)合，能在現(xiàn)實(shí)世界開(kāi)發(fā)出新的多樣化應(yīng)用。包裝無(wú)紡布
基于聚合物的Hifyber納米層由致密的納米纖維網(wǎng)組成，平均纖維厚度為100-300nm。為了生產(chǎn)先進(jìn)且堅(jiān)固的材料，Hifyber使用了開(kāi)創(chuàng)性的靜電紡絲技術(shù)。
該公司最近開(kāi)發(fā)了一種納米纖維涂層的抗菌抗病毒HVAC過(guò)濾介質(zhì)，以防止空氣過(guò)濾器中的微生物生長(zhǎng)。這種過(guò)濾介質(zhì)可以破壞細(xì)菌細(xì)胞和病毒的重要功能，對(duì)于阻止細(xì)菌和病毒的生長(zhǎng)非常有效。Hifyber提供的高效抗菌抗病毒HVAC過(guò)濾介質(zhì)符合空氣過(guò)濾測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)，包括ASHRAE 52.2、EN 779:2012、ISO 16890和EN1822。包裝無(wú)紡布
Hifyber還開(kāi)發(fā)了一種可生物降解的納米纖維過(guò)濾介質(zhì)，以帶來(lái)更多環(huán)境效益，為后代留下一個(gè)綠色、健康和更宜居的世界。此外，基于Hifyber納米纖維的過(guò)濾介質(zhì)能給HVAC系統(tǒng)帶來(lái)高的過(guò)濾效率，從而滿(mǎn)足人們的生活空間對(duì)新鮮和清潔空氣的需求，同時(shí)還通過(guò)其阻燃特性來(lái)確保提供一個(gè)安全的工作環(huán)境。
由于其獨(dú)特的結(jié)構(gòu)和材料成分，Hifyber納米纖維介質(zhì)可以使用更長(zhǎng)時(shí)間，這與傳統(tǒng)的靜電增強(qiáng)熔噴材料不同，Gonullu說(shuō)，靜電紡絲技術(shù)可以生產(chǎn)出非常細(xì)的連續(xù)纖維，該技術(shù)在提高過(guò)濾效率方面發(fā)揮著關(guān)鍵作用。Hifyber過(guò)濾介質(zhì)僅依靠機(jī)械過(guò)濾，并在過(guò)濾器的整個(gè)生命周期內(nèi)保證持續(xù)的過(guò)濾效率。
他補(bǔ)充說(shuō)，Hifyber納米纖維介質(zhì)采用全合成的環(huán)保原料，與玻璃纖維過(guò)濾介質(zhì)不同，該技術(shù)消除了對(duì)纖維脫落的擔(dān)憂(yōu)。科學(xué)研究表明，由玻璃纖維制成的過(guò)濾器可能讓空氣中含有纖維碎屑，吸入這樣的空氣會(huì)讓人們的喉嚨和肺部受到刺激，并且長(zhǎng)期持續(xù)的接觸也會(huì)導(dǎo)致永久性疾病。包裝無(wú)紡布
Matregenix加快擴(kuò)展步伐
2021年6月，總部位于美國(guó)加利福尼亞的科技公司Matregenix公司宣布擴(kuò)建新的制造工廠，并安裝了一條新的納米纖維生產(chǎn)線(xiàn)。
Matregenix創(chuàng)始人兼首席執(zhí)行官Sherif Soliman博士說(shuō)：最近，我們決定新增另一條納米纖維生產(chǎn)線(xiàn)，因?yàn)槲覀冋J(rèn)為有必要提高產(chǎn)能以滿(mǎn)足客戶(hù)對(duì)我們的納米纖維技術(shù)不斷增長(zhǎng)的需求。包裝無(wú)紡布
該公司的目標(biāo)是從生物醫(yī)學(xué)到過(guò)濾的多種應(yīng)用。他們?cè)谏镝t(yī)學(xué)領(lǐng)域主要關(guān)注傷口愈合和組織工程支架。在過(guò)濾領(lǐng)域，他們迄今為止的兩個(gè)重點(diǎn)是口罩過(guò)濾介質(zhì)和用于HVAC過(guò)濾器的過(guò)濾介質(zhì)。
我們?cè)诳谡诌^(guò)濾介質(zhì)取得了非常大的進(jìn)展，Soliman博士說(shuō)，同樣，非織造布過(guò)濾介質(zhì)市場(chǎng)已經(jīng)充滿(mǎn)了各種納米纖維產(chǎn)品，但它們的生產(chǎn)不在美國(guó)，最近出現(xiàn)的供應(yīng)鏈問(wèn)題導(dǎo)致對(duì)在美國(guó)生產(chǎn)的這些過(guò)濾介質(zhì)的需求激增。
Matregenix一直在投資研發(fā)以開(kāi)發(fā)納米纖維產(chǎn)品，從而滿(mǎn)足許多醫(yī)療應(yīng)用方面的需求。該公司專(zhuān)注于產(chǎn)品開(kāi)發(fā)，并積極尋求戰(zhàn)略合作伙伴來(lái)共同開(kāi)發(fā)這些產(chǎn)品，并將其帶入商業(yè)化之路。
在過(guò)濾領(lǐng)域，Matregenix最近開(kāi)發(fā)了一種新的抗病毒和抗菌過(guò)濾技術(shù)，可以過(guò)濾99%的空氣傳播病毒，包括人類(lèi)冠狀病毒。重要的是，產(chǎn)生抗病毒活性的活性成分不是基于金屬氧化物的物質(zhì)，而是一種無(wú)毒的天然草本提取物，Soliman博士說(shuō)，第三方測(cè)試實(shí)驗(yàn)室顯示，它具有超過(guò)99%的抗病毒和減少細(xì)菌生長(zhǎng)的功效。
根據(jù)Soliman博士的說(shuō)法，推動(dòng)納米技術(shù)在非織造布行業(yè)增長(zhǎng)的主要因素是技術(shù)本身的應(yīng)用價(jià)值。例如，在過(guò)濾應(yīng)用中，在低壓降的同時(shí)保持高過(guò)濾效率，這是目前任何其他非織造材料無(wú)法相比的，他解釋道，它的獨(dú)特性能可以徹底顛覆整個(gè)行業(yè)，這兩個(gè)因素是非常重要的，但對(duì)于其他非織造布來(lái)說(shuō)，它們通常無(wú)法同時(shí)實(shí)現(xiàn)。包裝無(wú)紡布
在保持低壓降的同時(shí)還具有高過(guò)濾效率，這讓口罩具有更好的透氣性，或者在HVAC系統(tǒng)中可以使用更高額定值的更薄的過(guò)濾器。他補(bǔ)充說(shuō)，口罩的透氣性對(duì)于某些從事特定工作的人極為重要，例如醫(yī)生或教師，他們每周至少有五天要全天戴著口罩。
納米纖維過(guò)濾介質(zhì)的另一個(gè)顯著優(yōu)勢(shì)是，與傳統(tǒng)的熔噴過(guò)濾介質(zhì)不同，納米纖維的過(guò)濾機(jī)制與靜電荷無(wú)關(guān)，而完全取決于納米纖維的孔徑、孔分布和形態(tài)。這種機(jī)械過(guò)濾機(jī)制使其能獲得無(wú)限期的保質(zhì)期，而大多數(shù)政府都希望儲(chǔ)備口罩以防止另一場(chǎng)流行病來(lái)襲，這顯然對(duì)他們來(lái)說(shuō)很有吸引力。包裝無(wú)紡布
盡管有這些積極因素，但Soliman博士表示，納米纖維在產(chǎn)品一致性和可重復(fù)性方面的表現(xiàn)不好。靜電紡絲的過(guò)程很精細(xì)，需要控制很多變量，需要對(duì)材料科學(xué)和化學(xué)擁有深刻的理解，才能很好地控制靜電紡絲過(guò)程，他說(shuō)，此外，靜電紡絲不是那種可以快速適應(yīng)制造工藝的‘即插即用’工藝，而是需要針對(duì)不同產(chǎn)品進(jìn)行高度定制的工藝，這意味著大多數(shù)公司不愿意投資于長(zhǎng)期的研發(fā)。
Matregenix的獨(dú)特之處在于其專(zhuān)有技術(shù)及其由納米纖維科學(xué)家組成的專(zhuān)家團(tuán)隊(duì)，他們?cè)诩{米纖維研究及其應(yīng)用方面擁有30多年的全面的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。多年來(lái)，我們開(kāi)發(fā)了多種專(zhuān)有配方，具有廣泛的特性，這使我們能快速調(diào)整這些配方的用途，以建立標(biāo)準(zhǔn)操作程序 (SOP) 來(lái)開(kāi)發(fā)不同產(chǎn)品，他說(shuō)，這意味著我們可以在很短時(shí)間內(nèi)真正地將概念驗(yàn)證變成產(chǎn)品。我們還實(shí)施了非常嚴(yán)格的質(zhì)量控制系統(tǒng)，以確保產(chǎn)品在纖維形態(tài)和微觀結(jié)構(gòu)特征方面符合其目標(biāo)要求。
NXTNano安裝新的生產(chǎn)線(xiàn)包裝無(wú)紡布
2021年，總部位于美國(guó)俄克拉荷馬州的NXTNano宣布將安裝另外三條HYPR-Spun納米纖維生產(chǎn)線(xiàn)。新生產(chǎn)線(xiàn)使該公司的生產(chǎn)線(xiàn)總數(shù)達(dá)到6條。與現(xiàn)有生產(chǎn)線(xiàn)類(lèi)似，最新的設(shè)備有助于大批量生產(chǎn)寬幅最大為2.15米的納米纖維。
對(duì)于NXTNano來(lái)說(shuō)，2020年是令人難以置信的一年。我們看到該技術(shù)迅速被許多新市場(chǎng)采用，更重要的是，我們有義務(wù)繼續(xù)服務(wù)于為了與新冠疫情作斗爭(zhēng)而提供口罩、呼吸器和室內(nèi)空氣凈化的客戶(hù)。NXTNano的銷(xiāo)售總監(jiān)Andrew McDowell說(shuō)。
該公司決定安裝額外的生產(chǎn)線(xiàn)是由于對(duì)產(chǎn)品的需求增長(zhǎng)而驅(qū)動(dòng)的。根據(jù)McDowell的說(shuō)法，該公司決定增加兩條生產(chǎn)線(xiàn)，并進(jìn)行一些內(nèi)部改造。額外的改造需要更多的空氣處理，但將讓兩條生產(chǎn)線(xiàn)在不進(jìn)行更改的情況下超過(guò)三條生產(chǎn)線(xiàn)的產(chǎn)能。與此同時(shí)，NXTNano的第四條生產(chǎn)線(xiàn)現(xiàn)已啟動(dòng)并運(yùn)行，第五條生產(chǎn)線(xiàn)已就位，但正在等待一些控制組件到位。其原有的3號(hào)生產(chǎn)線(xiàn)進(jìn)行了一些升級(jí)，進(jìn)一步提高了產(chǎn)能。包裝無(wú)紡布
NXTNano是納米纖維材料的大批量生產(chǎn)商，專(zhuān)門(mén)向尚未采用它們的市場(chǎng)來(lái)以商業(yè)規(guī)模提供產(chǎn)品。它的生產(chǎn)線(xiàn)是內(nèi)部開(kāi)發(fā)的，并使用一種稱(chēng)為HYPR紡絲的工藝。HYPR紡絲是靜電紡絲的衍生產(chǎn)品，具有一些獨(dú)特的捻度和額外的力，使公司能以比傳統(tǒng)靜電紡絲更高的速度和更廣泛的控制范圍進(jìn)行生產(chǎn)。
當(dāng)今納米纖維的最大市場(chǎng)是過(guò)濾，它也是納米材料最成熟和存在時(shí)間最長(zhǎng)的市場(chǎng)，McDowell說(shuō)，然而，即使在納米技術(shù)已經(jīng)商業(yè)化應(yīng)用三十年的市場(chǎng)中，它仍處于起步階段。工業(yè)空氣過(guò)濾或汽車(chē)進(jìn)氣過(guò)濾等相對(duì)簡(jiǎn)單和效果顯著的用途得到了很好的解決，盡管可能沒(méi)有優(yōu)化。在通過(guò)轉(zhuǎn)向合成材料或進(jìn)一步提高載體介質(zhì)滲透性來(lái)減少限制方面，我們還有很多性能需要開(kāi)發(fā)。包裝無(wú)紡布
NXTNano還在室內(nèi)空氣過(guò)濾市場(chǎng)大量采用納米纖維，并預(yù)計(jì)這一趨勢(shì)將繼續(xù)下去。消費(fèi)者從未如此關(guān)注他們呼吸的空氣質(zhì)量，而納米纖維可以提供這一應(yīng)用所需的高性能。他說(shuō)。包裝無(wú)紡布
該公司還一直致力于讓其合作伙伴在N95口罩中能使用納米纖維過(guò)濾介質(zhì)。NXTNano甚至向公眾提供了這些材料，這樣他們就可以切割這些材料并將它們縫制成布口罩來(lái)保護(hù)自己。
在其他市場(chǎng)，例如需要更大克重的納米纖維膜的微通風(fēng)和微過(guò)濾，NXTNano也一直在關(guān)注這些領(lǐng)域，并且沒(méi)有看到其他技術(shù)能夠生產(chǎn)這種膜。
來(lái)源 |包裝無(wú)紡布Nonwovens Industry雜志，作者：Tara Olivo
編輯 | Shirley Zhang包裝無(wú)紡布
投稿包裝無(wú)紡布|shirley@ringiertrade.com
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