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2025.10.30-11.1  中國?·?佛山潭洲國際會(huì)展中心

美國團(tuán)隊(duì)發(fā)明可降解植絨工藝

2022-01-27 08:00:00

研究背景

靜電植絨是一種紡織工程技術(shù),由三個(gè)主要組成部分(植絨纖維、粘合劑和基材)組成,它利用靜電場將短的超細(xì)纖維(植絨纖維)發(fā)射到粘合劑覆蓋的基材上,形成一層垂直于基材的垂直排列的纖維。一般來說,植絨可以被認(rèn)為是一種用于裝飾物體表面或平面紡織品的表面改性技術(shù)。將植絨纖維(具有專有靜電表面處理的短聚合物微纖維)應(yīng)用于物體可增加區(qū)域機(jī)械強(qiáng)度,產(chǎn)生具有高表面積和孔隙率的各向異性表面,并允許基于所使用的纖維類型的表面功能化。雖然十多年前引入組織工程,但由于限制性電導(dǎo)率要求,不能產(chǎn)生單個(gè)群纖維以及對方法和合成缺乏理解,植絨支架的進(jìn)展受到限制。
以前在組織工程中使用植絨支架,研究了它們作為骨軟骨支架的用途。雖然在使用完全可生物降解的植絨支架方面已經(jīng)取得了一些進(jìn)展,但組織工程中的植絨技術(shù)仍然很不發(fā)達(dá)。一種用于在靜電絕緣材料中誘導(dǎo)導(dǎo)電性的方法是基于滲流理論,該理論建立了導(dǎo)電填充顆粒的隧道網(wǎng)絡(luò),以實(shí)現(xiàn)塊狀材料的半導(dǎo)體/導(dǎo)電性。假設(shè)通過應(yīng)用滲流理論的原理,可以通過加載具有導(dǎo)電納米顆粒的聚合物濕紡微纖維來創(chuàng)建群纖維,以最終生成用于生物醫(yī)學(xué)應(yīng)用的各向異性和雙相支架。

工作簡介

在這項(xiàng)工作中,首先建立了一種靈活的方法,使用各種生物醫(yī)學(xué)聚合物和導(dǎo)電處理來創(chuàng)建植絨支架,生成了第一個(gè)生物醫(yī)用植絨纖維工具箱。其次,通過使用電刺納米纖維和3D打印基板創(chuàng)建植絨支架來展示應(yīng)用的靈活性。注意到在基底變形下保持各向異性排列的能力,開發(fā)了一種具有納米/微層次結(jié)構(gòu)的自形成兩相管道。最后,評價(jià)了新型0.5%銀納米粒子(AgNP)/聚己內(nèi)酯植絨支架的形態(tài)、力學(xué)性能和生物學(xué)性能(體內(nèi)和體外)用于再生醫(yī)學(xué)應(yīng)用。

圖文導(dǎo)讀

圖1  植絨腳手架的制作工藝示意圖
圖2  不同AgNP負(fù)載量的PCL微纖維的電導(dǎo)率、形貌、Ag+含量和釋放的特征
圖3  由0.5%AgNP負(fù)載的PCL微纖維制成的植絨支架的特征
圖4  表面植絨的生物醫(yī)學(xué)基質(zhì)和自折疊導(dǎo)管
圖5  由不同微纖維組合物組裝的植絨支架
圖6  植絨支架組件的機(jī)械特性
圖7  體內(nèi)外生物反應(yīng)

結(jié)  論

本研究詳細(xì)介紹了聚合物絕緣微纖維植絨的多種方法,靜電植絨是一種廣泛應(yīng)用的技術(shù)。首次記錄了基于滲流理論的原理,通過引入導(dǎo)電填料處理,使用絕緣生物聚合物制備植絨支架。生成了不同填料和聚合物的工作庫,并估計(jì)了實(shí)現(xiàn)PCL微纖維成絨性所需的AgNP負(fù)載量。研究者們調(diào)了這種技術(shù)的廣泛適用性,通過表面植絨3D打印的HA/PCL網(wǎng)格和PCL納米纖維膜,并創(chuàng)建了一種新型的三相自折疊導(dǎo)管。除了生成支持植絨支架的生物相容性、機(jī)械穩(wěn)定性和抗菌效果的數(shù)據(jù)外,還展示了體外和體內(nèi)的組織形成可以通過改變植絨纖維密度進(jìn)行調(diào)節(jié)。靜電植絨可能潛在地作為生物材料和表面涂層中的一種新的和高度適用的轉(zhuǎn)變,因?yàn)樗氖褂脙H受要植絨的基底/物體的尺寸的限制。植絨纖維可以作為細(xì)胞/組織錨的森林在各種植入性應(yīng)用中發(fā)揮作用,如疝氣網(wǎng)片、軟組織假體、顱骨缺損支架和軟骨支架。本研究為其他研究人員利用靜電植絨技術(shù)開創(chuàng)性發(fā)現(xiàn)和創(chuàng)新材料奠定了基礎(chǔ)。

再介紹一下傳統(tǒng)植絨工藝

將短纖維(長度一般為0.03~0.5cm)垂直固定于涂有粘合劑的基材上的方法稱為植絨。靜電植絨是一種利用電離物理現(xiàn)象進(jìn)行器物表面植絨的加工工藝,因有生產(chǎn)效率高、成本低、花色品種多、適應(yīng)面寬等優(yōu)點(diǎn)而被廣泛用于多種行業(yè)。

春節(jié)臨近,越來越多的新春禮盒開始進(jìn)入緊鑼密鼓的制作中,植絨工藝做為高檔禮盒的裝飾工藝被廣泛用于禮盒內(nèi)襯之中,今天,小編就和大家一起了解植絨工藝,希望幫助大家更好地實(shí)用~

01植絨工藝特性

1)植絨原理

利用電荷同性相斥異性相吸的物理特性,使絨毛帶上負(fù)電荷,把需要植絨的物體放在零電位或接地條件下,絨毛受到異電位被植物體的吸引,呈垂直狀加速飛升到需要植絨的物體表面上,由于被植物體涂有膠粘劑,絨毛就被垂直粘在被植物體上。

2)植絨方法

植絨機(jī)流水線式植絨:該植絨流水線可實(shí)現(xiàn)從物品的上膠、植絨、烘干、浮絨清除一次樣全自動(dòng)完成,如:植絨布、革、紙、無紡布、 PVC 、吸塑片、海綿、各種工藝品、玩具、汽車塑料件、儲(chǔ)物箱、汽車密封膠條、飾條、吸塑盒、卡紙、掛歷、對聯(lián)、年畫、包裝禮品盒的植絨印花。

箱式植絨:按照被植絨產(chǎn)品的大小、形狀做植絨箱,將絨毛放置在箱中,接通電源,這樣植絨箱內(nèi)形成了一個(gè)高壓電場,被植絨產(chǎn)品從植絨箱一端送入箱內(nèi),經(jīng)三到五秒的時(shí)間,植絨完畢后從箱體另一端移出,烘干或晾干即為成品。

噴頭式植絨:接上電源,通過植絨機(jī)產(chǎn)生的數(shù)萬伏的高壓靜電,輸出到噴頭內(nèi),噴頭中的絨毛帶上負(fù)電荷,然后在被植物體表面噴涂上膠粘劑,移動(dòng)噴頭靠近被植絨物體,絨毛在高壓電場的作用下從噴頭中飛升到被植絨物體表面,呈垂直狀植在涂有膠粘劑的物體表面。

3)植絨面料特色

立體感強(qiáng)、顏色鮮艷、手感柔和、豪華高貴、華麗溫馨、形象逼真、無毒無味、保溫防潮、耐摩擦、平整無隙。

02植絨工藝系統(tǒng)組成

1)植絨機(jī)

2)絨毛

絨毛是靜電植絨產(chǎn)品的關(guān)鍵材料,選用絨毛應(yīng)根據(jù)絨毛產(chǎn)品所要求的外觀、風(fēng)格和各種物理性能。目前主要是粘膠短絨和尼龍短絨,也有用腈綸、滌綸和皮絨等。絨毛按其加工方法可分為粉碎絨毛和切斷絨毛兩類。一般粉碎絨毛質(zhì)量差,中、高檔植絨產(chǎn)品應(yīng)該選用優(yōu)質(zhì)的切斷絨毛。

3)粘合劑

絨毛和基底材料的結(jié)合,是通過粘合劑來實(shí)現(xiàn)的。粘合劑對植絨產(chǎn)品的內(nèi)在質(zhì)量起著關(guān)鍵性的作用。它直接影響植絨產(chǎn)品的摩擦牢度、手感、厚度等使用性能。粘合劑也可以根據(jù)不同的植絨產(chǎn)品的要求,從經(jīng)濟(jì)、實(shí)用考慮而有所不同。

4)底布

植絨基底材料非常廣泛,除目前大多數(shù)植絨紡織品外,還有塑料、皮革、紙張以及木材、金屬等各種材料

03植絨工藝流程

1)進(jìn)料

為了實(shí)現(xiàn)連續(xù)化生產(chǎn)、提高生產(chǎn)效率,要把底布沿同方向均勻的放到預(yù)先準(zhǔn)備好的推車中,同時(shí)用縫紉機(jī)把接頭拼接起來。底布上植絨生產(chǎn)線前,要對底布進(jìn)行燒毛,并燙平

2)上漿

底布經(jīng)前處理后以一定的速率(根據(jù)生產(chǎn)需要)通過開花輥喂入到漿臺(tái)開花輥的作用是給予布面一定張力,使布面平整,同時(shí)控制底布的門幅。而后操作工將粘合劑涂到布面上由于粘合劑具有一定的粘度,使得粘合劑一方面隨布面前進(jìn)的同時(shí),自身發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng)使得粘合劑均勻分散到底布表面。

通過刮刀和布面之間的間隙將粘合劑均勻擠出,再通過毛刷盤和壓盤作用將底布固定到植絨生產(chǎn)線兩邊的針眼上以防止底布的上下震動(dòng)和左右移動(dòng)。自動(dòng)探邊裝置檢測布面是否與工作區(qū)域平行,并進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)整。

注意要保證刮刀下面喂入輥的清潔,涂覆的粘合劑盡量不要沾到輥的表面。同時(shí)通過輥下面毛刷來清理輥表面的垃圾,利用刮水皮來去除輥表面的水分和粘合劑。通過調(diào)整刮刀和喂入輥的間隙來調(diào)整粘合劑的涂覆量,一方面保證最終產(chǎn)品的厚度,另一方面節(jié)約成本。

3)植絨

把準(zhǔn)備好的絨毛放入絨箱中,盡量將絨毛分散均勻不要出現(xiàn)絨毛團(tuán)。同時(shí)植絨機(jī)將涂覆好的布料喂入到植絨區(qū)域。

上極板(位于料斗下)是一塊板型金屬網(wǎng)框,下極板是一塊金屬平板托架,上面鋪著涂有粘合劑的植絨底布,上、下兩塊極板分別用導(dǎo)線連接在高壓靜電發(fā)生器(一般幾萬伏)上的正、負(fù)輸出端。料斗中的絨毛,隨供毛軸的旋轉(zhuǎn)和毛刷的作用將絨毛均勻下落到金屬網(wǎng)負(fù)極上。

因絨毛在降落過程中與負(fù)極接觸而帶電,導(dǎo)致部分絨毛按電場方向排列,同時(shí)絨毛在電場中發(fā)生極化,與負(fù)極極性相同的電荷,集中在遠(yuǎn)離負(fù)極的一端,而正電荷卻集中在靠近負(fù)極的一端,當(dāng)絨毛與負(fù)極接觸時(shí),由于電極的電導(dǎo)率比絨毛高,在纖維中產(chǎn)生一定的導(dǎo)電電流,絨毛會(huì)產(chǎn)生凈負(fù)電荷,使絨毛在電場中具有很大的伸直度和飛翔性,以較高的速度垂直下落到涂有粘合劑的基布上,形成精美的絨面圖紋。底布下端還有內(nèi)震裝置,通過其對布面的拍打,使布面上未粘著牢固的絨毛脫離布面進(jìn)入靜電場,進(jìn)行二次植絨。

底布還要通過多道植絨來達(dá)到所需的植絨密度。此外,底布下方的回收箱會(huì)將散落到植絨區(qū)域下方的絨毛收集起來并重新回收利用,以節(jié)省生產(chǎn)成本。植絨后布料經(jīng)過吸風(fēng)裝置將布面上的浮毛吸走。此操作流程中要注意工序的清潔,特別是飛毛的控制。

植絨質(zhì)量好壞關(guān)鍵是高壓靜電發(fā)生器功率要符合生產(chǎn)線的技術(shù)要求,靜電發(fā)生器是靜電植絨設(shè)備的心臟,有晶體管高壓靜電發(fā)生器和變壓器直接升壓靜電發(fā)生器(分電子管整流式和硅堆整流式)兩種,要保證產(chǎn)生高而穩(wěn)定的靜電壓。

若電壓太低,絨毛豎直性差,粘結(jié)牢度下降;若電壓太高,又會(huì)發(fā)生靜電火花燒毛事故。一般要求輸出直流電壓達(dá)到20-100kv。兩極板間距一般掌握在10cm以內(nèi),極板間距最好能上下調(diào)整,為補(bǔ)充靜電不足還可增設(shè)裝置。

4)烘干

在植絨結(jié)束后,就進(jìn)入烘箱進(jìn)行烘干。

使膠水凝固,絨毛固定在底布上。烘箱溫度隨底布和粘合劑的性能以及粘合劑涂覆量而不同(一般100℃以上)。而且要經(jīng)過多道熱箱并進(jìn)行一定時(shí)間的烘干作用,烘箱溫度需逐步提高。

烘箱內(nèi)有上下兩層金屬板(通過導(dǎo)熱油加熱),以熱對流形式進(jìn)行加熱。烘箱內(nèi)配有吸風(fēng)裝置及時(shí)將布料中蒸發(fā)的水汽吸走。注意烘干溫度過低,時(shí)間太短,則不能達(dá)到烘干效果,粘合劑固化不良,會(huì)使產(chǎn)品耐磨強(qiáng)度下降;溫度太高一方面容易引起布面光霧度和紋路發(fā)生變化,另一方面使粘合劑會(huì)老化變質(zhì),手感變硬。

經(jīng)過烘箱后,布料表面溫度較高,而且已發(fā)生變形。所以還要經(jīng)4-6個(gè)冷卻輥組成的冷卻塔進(jìn)行冷卻處理,以降低布料溫度。冷卻輥內(nèi)充滿了液態(tài)循環(huán)冷卻水通過熱傳遞作用對布料降溫。為使布料兩邊整齊、去除邊疵,還要切邊,把兩邊不整齊的布邊切掉。

5)刷毛

植絨后雖吸去浮絨,但在絨毛間隙中還有殘留絨毛,一般采用毛刷逆基布運(yùn)動(dòng)走向的方式,進(jìn)行一次刷毛清理。并用吹風(fēng)裝置將刷掉的絨毛收集起來。

將烘干工序生產(chǎn)的布直接喂入刷毛機(jī)進(jìn)行刷毛處理。刷毛清理裝置是由導(dǎo)布輥、刷毛箱、吸塵器及傳動(dòng)裝置組成。

其中,導(dǎo)布輥是一組按規(guī)定部位排列的導(dǎo)輥組成的,可使植絨布按規(guī)定的流程進(jìn)行刷毛清理處理的裝置;刷毛箱內(nèi)裝高轉(zhuǎn)速的毛刷輥,它在高速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí),可將植絨布布面上殘余的浮毛清理掉;吸塵器用于收集清理下來的絨毛,該裝置可采用旋風(fēng)除塵或袋式除塵及其它形式的除塵;刷毛箱與吸塵器之間通過引風(fēng)機(jī)相連接;傳動(dòng)裝置主要由導(dǎo)布輥傳動(dòng),可與烘干定型機(jī)的導(dǎo)布輥鏈條聯(lián)接傳動(dòng)使轉(zhuǎn)速與烘干定型機(jī)同步,毛刷輥的傳動(dòng)是單獨(dú)由電機(jī)經(jīng)三角皮帶傳動(dòng)。

最后也可進(jìn)行卷裝,但對仿真皮面料,為保證卷裝過程中上下兩層布料之間不發(fā)生粘連,還要在成卷的同時(shí)喂入一層塑料薄膜。在卷裝之前操作工檢驗(yàn)布料厚度是否達(dá)到要求,以及布料的均勻度。若厚度太厚,則要相應(yīng)改變后續(xù)磨毛工序參數(shù),使之達(dá)到最終要求。同時(shí)及時(shí)調(diào)整粘合劑的涂覆量已達(dá)到規(guī)定要求。

6)整理

后整理的目的是為了提高植絨產(chǎn)品附加值,主要有噴花、壓花、雕印、磨皮、砂洗、燙平、燙金等深加工的處理,令產(chǎn)品達(dá)到所需要視覺手感效果。

上海國際植物纖維模塑產(chǎn)業(yè)展

2022.9.21-23

上海新國際博覽中心

上海國際植物纖維模塑產(chǎn)業(yè)展(IPFM Shanghai)是包裝部落和美獅傳媒集團(tuán)強(qiáng)強(qiáng)聯(lián)合,共同打造的植物纖維模塑產(chǎn)業(yè)專屬的商貿(mào)交流盛會(huì)。聚焦植物纖維模塑智能精益制造、原輔材料革新和制品創(chuàng)新設(shè)計(jì)和應(yīng)用,彰顯植物纖維模塑綠色力量的無限潛力。在全球禁塑和中國雙碳政策下,賦能產(chǎn)業(yè)高效拓展全球無限應(yīng)用商機(jī)。
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