激光辅助熔喷技术可减少一次性医用口罩80%的聚丙烯消耗

聚丙烯纤维是目前应用于口罩等空气过滤领域的核心材料。每个一次性医用口罩消耗约0.7g 熔喷聚丙烯纤维；而在全球疫情背景下，每年仅口罩就消耗超过115万吨聚丙烯，并产生相等质量的白色垃圾。降低聚丙烯纤维直径可显著提升过滤性能并降低材料的消耗量。

基于此，清华大学材料学院伍晖副教授与清华大学航空航天学院赵立豪副教授团队合作，提出了一种新型熔喷技术，用于制备聚丙烯纳米纤维。该方法在传统熔喷的基础上，通过CO2激光快速加热喷丝孔处聚丙烯熔体，使之处于过热状态以极大地降低其粘度，进一步获得了熔喷聚丙烯纳米纤维材料。基于此技术，性能达到国家标准的一次性医用外科手术口罩所消耗的聚丙烯纤维质量从每片约需0.7g 下降到每片约需0.13g，降低了80%。

激光辅助熔喷技术采用CO2激光快速辅热喷丝孔处熔体锥可高效制备纳米纤维。纳米纤维的直径与激光功率的大小密切相关：在同等熔喷条件下，激光功率由0W增加到1.75W，聚丙烯纤维的平均直径由3.4μm 降低至0.33μm。

聚丙烯熔体可稳定存在的温度与加热速率相关，加热速率越快，则其能到达的最高温度越高。计算模拟分析表明，激光能够以173℃/s 的加热速度瞬时加热聚丙烯熔体，使其最高温度达448℃。在如此高温下，聚丙烯熔体粘度急剧下降，在气流场作用下便可获得更高的牵伸倍率从而形成纳米纤维。

激光辅助熔喷聚丙烯纳米纤维膜具有良好的空气过滤性能。面密度为3.9g/m2的聚丙烯纳米纤维膜的PM0.3过滤效率达到95%以上；而实现相同过滤效率，传统口罩中聚丙烯纤维的面密度需达到20g/m2以上。此外，激光辅助熔喷与传统熔喷兼容性良好，可实现激光辅助熔喷聚丙烯纳米纤维的连续制造。

（摘编自中国高分子学术平台）