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非織造布行業(yè)對納米纖維的需求有望增長。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250萬噸。展望未來，2030年全球?qū)Ψ强椩觳加眉{米纖維的需求預(yù)計將略高于1000萬噸，在整個預(yù)測期內(nèi)的復(fù)合年增長率將低于兩位數(shù)。包裝無紡布
據(jù)Allied Market Research的分析師Prakhar Jain稱，最初，直徑小于100納米的纖維被視為納米纖維，不過最近范圍有所擴(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。
據(jù)市場研究人員稱，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，當(dāng)清潔時，納米纖維網(wǎng)絡(luò)能比沒有細(xì)纖維層的清潔過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)散和撞擊等過濾方法來實現(xiàn)高水平的過濾。
納米纖維出眾的另一個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，更長的纖維壽命意味著最終用戶不需要經(jīng)常購買纖維。因此，盡管許多細(xì)纖維的前期成本較高，但從長遠(yuǎn)來看，它們可以節(jié)省大量資金。包裝無紡布
據(jù)Smithers咨詢公司的Phil Mango稱，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)率低以及對聚合物性能高度依賴，靜電紡絲工藝因而具有很大的局限性。他還補(bǔ)充說，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，研究表明，溶液噴射的微納米纖維與通過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)率高出了一個數(shù)量級。包裝無紡布
他補(bǔ)充說，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、致動器或傳感器。Mango說。
Hifyber專注于過濾介質(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非常小的灰塵和生物雜質(zhì)進(jìn)行機(jī)械過濾，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公司的銷售經(jīng)理Mehmet Gonullu說：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)實世界開發(fā)出新的多樣化應(yīng)用。包裝無紡布
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)且堅固的材料，Hifyber使用了開創(chuàng)性的靜電紡絲技術(shù)。
該公司最近開發(fā)了一種納米纖維涂層的抗菌抗病毒HVAC過濾介質(zhì)，以防止空氣過濾器中的微生物生長。這種過濾介質(zhì)可以破壞細(xì)菌細(xì)胞和病毒的重要功能，對于阻止細(xì)菌和病毒的生長非常有效。Hifyber提供的高效抗菌抗病毒HVAC過濾介質(zhì)符合空氣過濾測試標(biāo)準(zhǔn)，包括ASHRAE 52.2、EN 779:2012、ISO 16890和EN1822。包裝無紡布
Hifyber還開發(fā)了一種可生物降解的納米纖維過濾介質(zhì)，以帶來更多環(huán)境效益，為后代留下一個綠色、健康和更宜居的世界。此外，基于Hifyber納米纖維的過濾介質(zhì)能給HVAC系統(tǒng)帶來高的過濾效率，從而滿足人們的生活空間對新鮮和清潔空氣的需求，同時還通過其阻燃特性來確保提供一個安全的工作環(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)可以使用更長時間，這與傳統(tǒng)的靜電增強(qiáng)熔噴材料不同，Gonullu說，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)在提高過濾效率方面發(fā)揮著關(guān)鍵作用。Hifyber過濾介質(zhì)僅依靠機(jī)械過濾，并在過濾器的整個生命周期內(nèi)保證持續(xù)的過濾效率。
他補(bǔ)充說，Hifyber納米纖維介質(zhì)采用全合成的環(huán)保原料，與玻璃纖維過濾介質(zhì)不同，該技術(shù)消除了對纖維脫落的擔(dān)憂。科學(xué)研究表明，由玻璃纖維制成的過濾器可能讓空氣中含有纖維碎屑，吸入這樣的空氣會讓人們的喉嚨和肺部受到刺激，并且長期持續(xù)的接觸也會導(dǎo)致永久性疾病。包裝無紡布
Matregenix加快擴(kuò)展步伐
2021年6月，總部位于美國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。
Matregenix創(chuàng)始人兼首席執(zhí)行官Sherif Soliman博士說：最近，我們決定新增另一條納米纖維生產(chǎn)線，因為我們認(rèn)為有必要提高產(chǎn)能以滿足客戶對我們的納米纖維技術(shù)不斷增長的需求。包裝無紡布
該公司的目標(biāo)是從生物醫(yī)學(xué)到過濾的多種應(yīng)用。他們在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域主要關(guān)注傷口愈合和組織工程支架。在過濾領(lǐng)域，他們迄今為止的兩個重點(diǎn)是口罩過濾介質(zhì)和用于HVAC過濾器的過濾介質(zhì)。
我們在口罩過濾介質(zhì)取得了非常大的進(jìn)展，Soliman博士說，同樣，非織造布過濾介質(zhì)市場已經(jīng)充滿了各種納米纖維產(chǎn)品，但它們的生產(chǎn)不在美國，最近出現(xiàn)的供應(yīng)鏈問題導(dǎo)致對在美國生產(chǎn)的這些過濾介質(zhì)的需求激增。
Matregenix一直在投資研發(fā)以開發(fā)納米纖維產(chǎn)品，從而滿足許多醫(yī)療應(yīng)用方面的需求。該公司專注于產(chǎn)品開發(fā)，并積極尋求戰(zhàn)略合作伙伴來共同開發(fā)這些產(chǎn)品，并將其帶入商業(yè)化之路。
在過濾領(lǐng)域，Matregenix最近開發(fā)了一種新的抗病毒和抗菌過濾技術(shù)，可以過濾99%的空氣傳播病毒，包括人類冠狀病毒。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)，而是一種無毒的天然草本提取物，Soliman博士說，第三方測試實驗室顯示，它具有超過99%的抗病毒和減少細(xì)菌生長的功效。
根據(jù)Soliman博士的說法，推動納米技術(shù)在非織造布行業(yè)增長的主要因素是技術(shù)本身的應(yīng)用價值。例如，在過濾應(yīng)用中，在低壓降的同時保持高過濾效率，這是目前任何其他非織造材料無法相比的，他解釋道，它的獨(dú)特性能可以徹底顛覆整個行業(yè)，這兩個因素是非常重要的，但對于其他非織造布來說，它們通常無法同時實現(xiàn)。包裝無紡布
在保持低壓降的同時還具有高過濾效率，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濾器。他補(bǔ)充說，口罩的透氣性對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。
納米纖維過濾介質(zhì)的另一個顯著優(yōu)勢是，與傳統(tǒng)的熔噴過濾介質(zhì)不同，納米纖維的過濾機(jī)制與靜電荷無關(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)械過濾機(jī)制使其能獲得無限期的保質(zhì)期，而大多數(shù)政府都希望儲備口罩以防止另一場流行病來襲，這顯然對他們來說很有吸引力。包裝無紡布
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。靜電紡絲的過程很精細(xì)，需要控制很多變量，需要對材料科學(xué)和化學(xué)擁有深刻的理解，才能很好地控制靜電紡絲過程，他說，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期的研發(fā)。
Matregenix的獨(dú)特之處在于其專有技術(shù)及其由納米纖維科學(xué)家組成的專家團(tuán)隊，他們在納米纖維研究及其應(yīng)用方面擁有30多年的全面的實踐經(jīng)驗。多年來，我們開發(fā)了多種專有配方，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) 來開發(fā)不同產(chǎn)品，他說，這意味著我們可以在很短時間內(nèi)真正地將概念驗證變成產(chǎn)品。我們還實施了非常嚴(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)線包裝無紡布
2021年，總部位于美國俄克拉荷馬州的NXTNano宣布將安裝另外三條HYPR-Spun納米纖維生產(chǎn)線。新生產(chǎn)線使該公司的生產(chǎn)線總數(shù)達(dá)到6條。與現(xiàn)有生產(chǎn)線類似，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。
對于NXTNano來說，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而提供口罩、呼吸器和室內(nèi)空氣凈化的客戶。NXTNano的銷售總監(jiān)Andrew McDowell說。
該公司決定安裝額外的生產(chǎn)線是由于對產(chǎn)品的需求增長而驅(qū)動的。根據(jù)McDowell的說法，該公司決定增加兩條生產(chǎn)線，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)線在不進(jìn)行更改的情況下超過三條生產(chǎn)線的產(chǎn)能。與此同時，NXTNano的第四條生產(chǎn)線現(xiàn)已啟動并運(yùn)行，第五條生產(chǎn)線已就位，但正在等待一些控制組件到位。其原有的3號生產(chǎn)線進(jìn)行了一些升級，進(jìn)一步提高了產(chǎn)能。包裝無紡布
NXTNano是納米纖維材料的大批量生產(chǎn)商，專門向尚未采用它們的市場來以商業(yè)規(guī)模提供產(chǎn)品。它的生產(chǎn)線是內(nèi)部開發(fā)的，并使用一種稱為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是過濾，它也是納米材料最成熟和存在時間最長的市場，McDowell說，然而，即使在納米技術(shù)已經(jīng)商業(yè)化應(yīng)用三十年的市場中，它仍處于起步階段。工業(yè)空氣過濾或汽車進(jìn)氣過濾等相對簡單和效果顯著的用途得到了很好的解決，盡管可能沒有優(yōu)化。在通過轉(zhuǎn)向合成材料或進(jìn)一步提高載體介質(zhì)滲透性來減少限制方面，我們還有很多性能需要開發(fā)。包裝無紡布
NXTNano還在室內(nèi)空氣過濾市場大量采用納米纖維，并預(yù)計這一趨勢將繼續(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。包裝無紡布
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保護(hù)自己。
在其他市場，例如需要更大克重的納米纖維膜的微通風(fēng)和微過濾，NXTNano也一直在關(guān)注這些領(lǐng)域，并且沒有看到其他技術(shù)能夠生產(chǎn)這種膜。
來源 |包裝無紡布Nonwovens Industry雜志，作者：Tara Olivo
編輯 | Shirley Zhang包裝無紡布
投稿包裝無紡布|shirley@ringiertrade.com
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