高压静电纺丝机

胡 平，清华大学化工系高分子所教授,国杰老教授科学技术咨询开发研究院化工技术装备部主任, 现兼任塑协改性塑料专业委员会常务理事，北京生物医学工程学会生物材料与人工器官专业委员会主任委员。

国杰研究院化工技术装备研究部于2013年初经历了人员调整，业务领域也从传统石化分离设备转化为生医化工技术与装备。2003年本部申请中国第一项静电纺丝设备专利，在设备制造创业、医用支架材料创新上走在国内业界前列。
目前化工技术装备研究部拥有相关的知识产权和丰富的材料方面的优势，是一个具有开发潜力的技术平台，有良好的发展前景。下面对此作一简单介绍：
    静电纺丝技术是通过使带有电荷的高分子熔体或者溶液在高压静电场中喷射、拉伸、劈裂、固化或者溶剂挥发，最终形成纤维状物质的过程，是目前制备一维纳米结构材料的重要方法之一。
图 1  典型静电纺丝装置图
    如图1所示，一台经典得电纺装置主要由三个部分组成：直流高压源、喷丝装置和收集装置。                       
电纺丝技术，是一项生产纳米纤维的快速、简便、易操作、灵活且形式多样的技术，用电纺丝技术生产的超细纤维织品，更具有比表面大，孔隙率高，纤维径细、质轻、形貌均一等优点。不单如此，电纺丝还可将两种或两种以上的材料以不同的方式复合到同根纤维中，使得纤维在纳米级别的基础上又添加了多种新的功能。
由高压静电纺丝技术所制备的纳米纤维材料已经在光电子、传感器、电化学电极、催化剂和生物医学领域展现出了极大的应用潜力。这些领域的发展也将从多方面影响到我们的日常生活，例如，利用高压静电纺丝技术可以净化空气，从而有效的保护环境。利用高压静电纺丝材料可以快速有效的实现伤口愈合，可以促使骨头、神经等细胞快速和可控生长，更好的保护我们的身体健康。
纳米纤维材料应用领域见表1，团队应用实例见表2。


表1  纳米纤维材料应用领域
环境 电子 能源 防护材料
空气过滤  水过滤
光催化介质 离子交换器  吸音材料 平板显示器 硬盘驱动  光波管材料 
光电材料  压电材料  锂离子电池 
太阳能电池  燃料电池  超级电容器 战争防护材料 
防弹衣 
防伪设备
健康 汽车 建筑 消费品
伤口护理材料
组织工程   防护器
呼吸器   载药材料 吸音材料  过滤器 
电池   防静电材料 耐热材料 吸音材料   太阳能板 高技术织物 
生物降解包装材料
个人防护
表2  团队应用实例
功能性微球—纤维复合结构（蛛丝结构） 功能性微球可以被包裹在纤维内部，实现了微球的固定化和不同材料功能组合和协同作用：可同时复合多种功能微球
外伤敷料和皮肤替代物 由微纳米无纺纤维组成，安全无毒，短时间内被身体吸收。透水透气性佳，具有止血止痛、抗感染、促进伤口愈合的效果
超细纤维药物新剂型 宏观上为薄膜状，微观上有纤维构成，药物被包裹在纤维内部，其释放率可以通过材料的选择：纤维直径和空隙率大小调节
人体组织修复导管 用于神经和血管等组织的修复。管壁多孔。细菌不易通过。管径可以控制在0.3mm—0.5mm,方便携带各种生长因子和化学药物
过滤材料 利用纳米纤维孔隙率高、比表面积大的特点，在传统滤材上直接喷涂一层纳米纤维，提高了对微小粒子的过滤效率，并不提高整体的过滤压力和流阻。

   
从2002年起我们清华大学化工系高分子所医用高分子组,以生物可降解PLA等为材料，以高分子传统加工方法,特别是电纺丝方法加工许多人体组织工程支架等构件，先后与近十多家医院医生合作，成为医用高分子领域一支生力军。成为北京生物医学工程学会生物材料与人工器官专委会挂靠单位。
2010年，我们医用高分子团队在海归博士的资金支持下成立永康华源公司，公司经过多年技术积累推出核心产品之一“纳米静电纺丝设备”整合了国内外最成熟的技术资源并结合自主研发的新功能实现设备定型一体化。 公司于2011年获得北京市海淀区及科技部中小企业专项基金资助。并在2011年5月19日的 第十四届北京科技博览会上受到中共中央政治局委员、北京市委书记刘淇，北京市委副书记、 市长郭金龙的高度评价和鼓励。光明日报、北京日报等媒体也给予报道.CCTV10“走近科学”节目组到清华大学化工系采访拍摄了由 我公司制造的电纺丝设备制作“人造皮肤”的精彩片段。 公司以高科技人才为主，通过自主研发、不断创新为多家国内科研单位提供最便捷及先 进的研究平台和服务，深受广大业内好评。2012年公司创办了中国首家(静电纺丝进展)电子杂志,受到业内赞誉。公司多次参加国内学术与设备展会,并到日本、韩国、捷克等国家进行交流，2012年11月胡平教授成为世界电纺丝界中国分部顾问，公司现已成为中国静电纺丝业标志性企业。
     下一步具体研发方向：
1. 在现有中试生产设备的技术基础上，进一步研发纳米纤维生产的大型设备，彻底实现纳米纤维的规模化生产；
2. 利用纳米纤维的特点制备，将其与传统过滤材料复合，制备高性能过滤材料。过滤是电纺丝技术最早转化成实际生产的重要应用之一。为了去除空气或液体中的杂质，过滤器广泛用于家庭和工业中。环境保护中，过滤器用于过滤空气或水中的污染物。军用中，口罩过滤器可用来过滤空气中的灰尘，细菌甚至病毒。
3. 与3D打印材料研发及设备一体化研发结合,以其在多维打印、3D提速、尺度细化、材料表面微纳结构修饰上做出贡献。