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  聚合物超細纖維紗線因具有高比表面積、超輕超細以及可編織等特性在高端功能服飾、能源環保和生物醫衛等領域展現出極大的應用潛力。然而傳統超細纖維紗線制備技術存在生產效率低、紗線力學性能不足、有機溶劑的大量使用易引發環境污染與安全風險等問題，極大限制了其規模化發展與功能化應用。熔體靜電紡絲技術具有“零溶劑”帶來的綠色環保工藝流程、原料完全轉化成纖帶來的高纖維產率以及高粘熔體射流鞭動弱帶來的射流易取向控制等優勢，有望成為超細纖維紗線綠色高效制備的重要途徑。然而該技術在射流可控取向與纖維集束成紗等環節仍存在機理認知與技術方法的雙重缺失。需要圍繞熔體靜電紡超細纖維紗線的綠色高效制備技術及機理展開系統研究，通過技術創新與理論探索，構建了從紗線成型到后處理增強的完整工藝體系，以期為超細纖維紗線的工業化發展提供理論與技術支撐。

  為解決上述關鍵問題，北京化工大學楊衛民/李好義課題組提出了“熔體靜電紡原位成紗”技術，如圖1所示。該技術成功制備了聚酯（PET）、聚丙烯（PP）和聚己內酯（PCL）等多種熱塑性聚合物超細纖維紗線，驗證了其廣泛的材料適應性。

圖1. 熔體微分靜電紡原位成紗技術及超細纖維紗線照片

  熔體靜電紡原位成紗過程高速攝像及纖維加捻成紗機理如圖2所示，通過高速攝像分析與物理場仿真發現，在氣流場驅動下，旋轉氣流區域的纖維會與引導絲纏結，而引導絲被擠壓到管壁并沿管壁旋轉，從而與管內壁發生摩擦，進而驅動自身及纏結纖維繞軸線旋轉形成加捻。與此同時，已形成的加捻紗線可作為新的引導絲，持續誘導后續纖維進行纏結與自轉，從而實現熔體靜電紡紗的連續成型。

圖2. 熔體靜電紡原位成紗過程高速攝像及纖維加捻成紗機理示意圖

  在聚乳酸（PLA）體系中，團隊系統研究了紡絲電壓和收集速度對紗線形貌、直徑、結晶度及力學性能的影響。如圖3所示，適當提高電壓有助于提升紗線結晶度和細度，并增強斷裂強度；而更高的收集速度則進一步優化纖維取向、細化紗線并增強力學性能。實驗表明，當電壓為46 kV、收集速度為20 m/min時，PLA紗線的斷裂強度達39.4 MPa，優于傳統溶液靜電紡PLA紗線（7.67–33.3 MPa）。

圖3. 聚乳酸基超細纖維紗線形貌及纖維細度調控工藝

  此外，基于熔體靜電紡PLA紗線開發的織物在應變傳感領域展現出獨特優勢（見圖4）。紗線織物因其高比表面積而質感柔軟，且具備優異的疏水性（初始水接觸角達120.1°，優于傳統PLA織物的110.2°）。與聚酰亞胺薄膜復合后，該織物表現出良好的發電性能（開路電壓7.4 V，短路電流0.31 μA，最大輸出功率3.97 μW），可驅動LED燈，顯示出在柔性傳感與自供能可穿戴設備中的潛力。

圖4. 聚乳酸基超細纖維紗線織物在應變傳感領域的應用探索

  在生物醫用領域，團隊還開發了綠色安全的抗菌PLA電紡縫合線制備方法（圖5）。該方法結合改良熔體電紡、熱拉伸與等離子體接枝殼聚糖等工藝，顯著提升縫合線性能。研究表明，在80℃、1.6倍拉伸比條件下制得的紗線，斷裂強度高達183.03 MPa，紗線和纖維直徑分別為118.76 μm和1.72 μm，滿足YY-1116-2020標準。接枝殼聚糖后，對大腸桿菌和金黃色葡萄球菌的殺菌率分別達99.89%和99.1%，生物相容性優異（細胞存活率97.33%，溶血率2.35%），為高性能可吸收抗菌縫合線提供了可行路徑。

圖5. 聚乳酸基超細纖維紗線在手術縫合線領域的應用探索

作者簡介：

  王宇航，北京化工大學2022級博士生，研究方向為超細纖維紗線的綠色高效制備與應用。獲授權發明專利20項，發表中英文論文8篇，參與出版專著一本。

  李好義，北京化工大學機電工程學院副教授，機械系副主任，中國化纖協會優秀青年教師，《紡織學報》青年編委。研究方向為聚合物微納米纖維先進制造。主持和參與國家自然科學基金、國家重點研發計劃、中石化重點項目等20余項，獲授權發明專利94項，發表中英文論文 150余篇，出版專著《納米纖維靜電紡絲》，熔體電紡成果獲2023年國家技術發明二等獎、2018年中國輕工業聯合會技術發明一等獎和2022年中國紡織工業聯合會科技進步二等獎。

  楊衛民，北京化工大學機電工程學院教授、博士生導師，教育部“長江學者”特聘教授，兼任全國高等學校機械專業教學指導委員會委員、中國塑料加工協會專家委員會主任、Clean Energy Science and Technology聯合主編，和《北京化工大學學報》副主編，以及《中國塑料》《塑料》《橡膠工業》《橡塑技術與裝備》等多個學術期刊的編委。長期從事高分子材料加工成型裝備與清潔能源科學技術研究。三十多年來，帶領團隊承擔國家自然科學基金項目、國家科技支撐計劃項目、國家重點研發計劃項目，以及產學研合作項目等60余項，創新成果獲國內外授權發明專利350余件，發表學術論文600余篇，出版《塑料精密注射成型原理及設備》和Advances in polymer processing等中英文著作，作為第一完成人榮獲國家技術發明獎二等獎和國家科技進步獎二等獎。曾獲得國家教學成果獎二等獎、省部級科技獎等，并被授予“北京市先進工作者”、“全國優秀教師”等榮譽稱號。

參考文獻：

  [1] Wang Y, Tan J, Xu J, et al. Green and highly efficient preparation of superfine fiber yarns via vortex airflow-assisted melt differential electrospinning[J]. Composites Part A: Applied Science and Manufacturing, 2025, 189: 108552.

  [2] Wang Y, Tan J, Xu J, et al. The preparation of polypropylene microfiber yarns via vortex airflow‐assisted melt differential electrospinning[J]. Journal of Applied Polymer Science, 2024, 141(20): e55382.

  [3]Wang Y, Fu H, Tan J, et al. Green and safe preparation of antibacterial sutures composed of PLA ultrafine fibers[J]. Polymer Engineering & Science, 2024, 64(11): 5737-5749.