导读：
随着对多功能材料的追求，纳米纤维与传统纺织技术结合成为研究热点。武汉纺织大学梅顺齐教授等人发表综述，围绕纳米纤维技术与纱线制造的融合展开，详细探讨了相关纺丝技术、加捻方法、应用领域及面临的挑战与展望。相关研究内容以“Spinning the Future: The Convergence of Nanofiber Technologies and Yarn Fabrication”为题目，发表在期刊《ACS Nano》上。
图 1. 由纳米纤维组件加捻纱线：从纺丝和加捻到应用。
本文要点：
1、首先讨论了纳米纤维和纺丝技术的基本原理，主要集中在静电纺丝，离心纺丝和吹纺。
2、此外，深入研究了纳米纤维纺纱技术与传统和现代纱线制造原理的结合，阐明了纳米纤维纱线制造的设计原则。
3、研究了加捻技术，以研究如何优化和适应纳米纤维的掺入，从而能够生产创新的纳米纤维纱线。特别关注可扩展的策略，如离心纺丝和吹纺，它们在制造纳米纤维纱线方面的效率和可扩展性备受关注。
4、进一步分析了近年来纳米纤维纱线在可穿戴传感器、生物医学设备、湿度管理纺织品以及能量收集和储存设备等方面的应用。
5、最后，提出一个前瞻性的观点来解决纳米纤维基纱线技术中尚未解决的问题。
纱线材料的发展与纳米技术的融合
1、从天然纤维到合成纤维再到纳米技术的融入：天然纤维如棉花、羊毛、丝绸和亚麻具有独特分子组成和性能，在纺织业应用广泛。合成纤维如聚酯、尼龙等的出现提升了材料性能，而纳米技术的融入则使纱线具备特殊性能，如将碳纳米管、聚合物纳米纤维等与传统纤维复合，创造出兼具传统材料舒适性和纳米材料功能性的纱线。在合成纤维生产中，溶液纺丝技术起着关键作用，它通过将纤维材料溶解在溶剂中挤出形成纤维，可精确控制纤维直径和强度，并嵌入功能添加剂。
2、从纳米纤维到纳米纤维基纱线：纳米纤维组装体是由纳米纤维精心排列组成的结构，其通过溶液纺丝等技术制备，结构形式多样，包括二维无序网络、有序阵列及三维结构等。这些组装体经加捻可转化为纳米纤维基纱线，其最终性能受纳米纤维排列和组成的显著影响，在纺织、电子、生物医学等领域有广泛应用前景。
3、溶液纺丝和纱线加捻对材料性能的调控：纳米纤维具有高比表面积等独特性能，如聚合物纳米纤维相比其基体聚合物，拉伸强度和柔韧性增强。溶液纺丝技术（如静电纺丝）能精确控制纤维直径和排列，进而调控材料性能。加捻过程可进一步改变纳米纤维性能，如提高拉伸强度、柔韧性和导电性等，将其与传统纤维复合可创造出功能更优的织物。
图 2. 纳米纤维组件的层级结构及其通过溶液纺丝和加捻转变为纱线的过程。
图3 溶液纺丝机制和纳米纤维形态。
图 4. 主要纱线加捻技术及原理示意图。
图 5. 使用各种方法对静电纺纳米纤维进行加捻的过程。
静电纺丝技术制备纳米纤维纱线的解决方案
永康乐业 SS - X3 静电纺丝设备凭借其先进技术与稳定性能，为纳米纤维纱线的高效制备提供了可靠方案。
设备采用两组喷头分别连接正负高压电源，转辊接收器连接地线，可升降转辊接收器调节至低于喷射流的高度，形成一定的高度差，使纤维充分结合形成纤维束。随着接收器的转动，对纤维进行牵引、拉伸，形成高度取向的纳米纤维束。
图 6. 详细展示加捻纳米纤维纱线在各行业多功能应用的综合思维导图。
图 7. 用于生物医学应用的纳米纤维纱线。
图 8. 纳米纤维纱线被用作能量收集和存储的平台。
图 9. 纳米纤维纱线的前景与挑战：评估多领域应用、环境可持续性、均匀分布、生产可扩展性、安全性和生命周期分析。
纳米纤维纱线的展望与挑战
未来展望：纳米纤维基纱线融合多种功能，在智能织物、医疗设备等领域前景广阔，且符合环保趋势，有望推动可持续材料发展。
面临挑战：包括确保纳米纤维均匀分布、实现大规模生产、满足监管要求、保证性能稳定性、降低能耗和实现可持续生产等方面。解决这些问题需要跨学科研究和技术创新，以充分发挥纳米纤维纱线的潜力，满足工业和市场需求。
研究结论
本文综述了纳米纤维的纺丝技术和纳米纤维纱线制造方法，涵盖静电纺丝、离心纺丝、吹纺及其加捻技术。纳米纤维纱线在可穿戴传感器、生物医学设备、水分管理纺织品和能量收集存储系统等领域展现出多功能应用潜力，代表了纺织技术的重大进步。未来需进一步优化制造技术和探索创新应用，推动纳米纤维纱线技术走向成熟和商业化。