表面能量：纳米纤维材料年产能达千万米级
成为国内首家、规模最大宏量生产纳米纤维的工厂，生产技术达到国际先进水平
在电场力作用下，12000根针形喷头均匀地喷射出纺丝，如同毛毛细雨轻轻落下，在覆膜上密密麻麻地编织成一张仅几微米厚的柔软“薄纱”。在青岛表面能量新材料科技有限公司（简称“表面能量”）纳米纤维材料生产车间，4条万针级静电纺纳米纤维生产线有序运行，原材料不断被加工成纳米纤维膜，构造繁复、管线交织的巨大成型设备看上去颇有未来科技的“赛博朋克”味道。
静电纺丝技术是一种通过高压静电场使纺丝液转化为纤维的方法，在制备纳米纤维方面发挥着独特作用。尽管该项技术早在三十年前就被提出，但多数研究成果仍局限于实验室阶段，难以实现规模化稳定生产。经过4年时间技术攻坚，表面能量在纳米纤维宏量生产领域实现了技术突破，自主研发的纳米纤维宏量生产设备及核心工艺填补了国内空白，纳米纤维材料年产能高达1000万米，技术成果通过了中国纺织工业联合会组织的专家鉴定，达到国际先进水平。
小材料大能量
作为21世纪的战略性新兴材料，我国已将纳米纤维规模化生产和应用作为国家未来十年的重点发展规划。
“1克重量的纳米纤维材料，平铺开占地面积可达20平方米。”纳米纤维材料因其高比表面积、可调控的孔隙结构和多功能性，已成为材料科学的前沿领域，在服装、过滤、医疗、能源、消费电子等多个领域展现出巨大的应用潜力。
在表面能量会议室里，工作人员向记者展示了应用不同材料制作冲锋衣的透气性——只见他们捏住冲锋衣袖子两头，用力地向中间挤压，有的冲锋衣袖子像气球一样鼓起来。“像这种使用TPU或PTFE薄膜材料的冲锋衣，尽管做到了防风防雨，却不透气，闷汗的感觉让人不舒服。”公司经营副总经理蓝霞介绍，利用纳米纤维材料制作的冲锋衣在防风防雨的同时，还能够在短时间内排除水蒸气，让身体保持干爽舒适。
在纺织服装领域，表面能量自主研发的Surforce纳米纤维膜拥有高透气透湿、优越的回弹性和防风雨性能，能够与弹性针织等多种面料复合，提供舒适与防护兼备的穿着体验。公司不仅面向市场推出防风类中层及外层服装、户外运动耐水压冲锋衣等服用纺织品，还与国内多家知名服装品牌达成合作。
看似一张“吹弹可破”的“薄膜”，在高倍电镜下显出其内部微观图，成千上万根仅有头发丝万分之一细的纳米纤维相互交错、堆叠，形成一张具有丰富物化性能和高孔隙结构的“网状膜”。
正因其独特的网状结构，纳米纤维膜在消费电子、高端过滤、医疗用品等领域得到广泛应用。“以高端过滤领域来举例，纳米纤维过滤材料具有直径小、孔隙率高和堆积密度可控等特点，可有效提升过滤效率并降低过滤阻力，发动机的空气滤芯使用纳米纤维材料后，可将其使用寿命延长5至10倍。”蓝霞说。
填补国内空白
表面能量隶属于表面能量（青岛）科技集团有限公司，成立于2003年，起初只是一家从事纺织贸易的企业。2010年，公司走上纺织新材料自主研发之路，如今逐渐成长为提供科技创新服务和材料、面料及成品综合解决方案的供应商。
“现在每年有上千篇关于静电纺纳米纤维技术的论文发表，然而，这些论文更多的是专注于理论研究，并没有真正走出实验室。从实验室到工厂生产线，中间需要跨越一条颠覆性鸿沟。”公司技术副总经理吴大伟说。
在实验室的研究实验中，静电纺纳米纤维生产设备仅有几十、几百个纺丝喷头，生产的纳米纤维膜幅宽小，可探索应用的场景受限。“产业化生产就不同了，我们既要考虑纳米纤维膜大幅宽、大规模生产，还要连续稳定、低成本、高质量生产。”吴大伟介绍，目前，公司生产的纳米纤维膜幅宽可达1．6米至1．8米，4条产线年产量可达600至1000万米。
宏量生产是指通过工业化技术实现的大规模、连续且稳定的批量生产方式。与实验室几十上百个喷头不同，表面能量自主研发的纳米纤维宏量生产设备每条产线配备一万多个喷头，而如何做到喷射出的上万根纺丝互不影响？这就是该设备的核心工艺和“厉害之处”。
“万针同时纺丝，针与针之间会有强烈的电场干扰，导致纳米纤维成型不良，会影响纳米纤维膜的性能。”吴大伟说，“由于国内没有先例，国际上纳米纤维材料的规模化生产也很少见，所以从生产设备的设计制造到生产工厂的设计制造，都是我们的科研人员一点一点地摸索出来的。”
可以说，蹚过技术突破的长河，吴大伟和他的科研团队“没有石头可摸”。他们只能在实验室里一次次地翻阅行业前沿科研论文资料，一遍遍地调整着温湿度、喷头间距等参数，喷头数量也从几十、几百、几千到上万个，最终用4年时间攻克了行业长期存在的万针级连续稳定生产难题，填补了国内纳米纤维材料宏量生产空白。
值得一提的是，在静电纺丝生产领域，纺丝喷头数量既代表着产量，也代表着风量。喷头喷射出的纺丝是液体的，需要不断地有新风进来使其凝固，“一台设备一个小时要用15000立方米的新风”，增加了生产成本。为此，表面能量创新性地设计了热能回收系统，与同类型生产线相比，能耗降低高达80％，实现了经济效益与环境效益的双赢。
拓展应用场景
应用场景对于科技发明而言，既是验证技术的试金石，也是驱动创新的催化剂。表面能量突破了纳米纤维材料宏量生产的技术难题，实现纳米纤维膜规模化稳定生产，并以纺织服装产业为基础，通过纳米纤维材料的创新应用，逐步向多元化领域拓展。
目前，公司已与国内知名消费电子品牌合作开发高性能防水透气纳米纤维膜，推动消费电子和汽车行业的技术革新；与国际知名汽车品牌合作，开发高端空气过滤项目，充分发挥纳米膜高效低阻特性；与国际知名新能源汽车品牌、电池企业合作，推进车用纺织品、电池耐高温防护膜等项目的开发。
纳米纤维从实验室奇观到变革性材料，正是通过各行各业不同场景的千次锤炼，才实现从“可能”到“可信”的飞跃。
面向未来，表面能量在持续扩大产线的同时，还将继续深耕前沿科技领域，以创新驱动发展，重点聚焦无机纳米纤维制备技术、单向热辐射材料、新能源及锂离子回收技术等关键领域，通过技术创新推动新材料的高性能化与多功能化，为创新型产业体系构建提供核心材料支持。
“当技术真正嵌入人们生产所需要的工作场景时，创新才会真正产生价值。接下来，我们将不断强化产业链合作，拓展更多应用场景，努力以新供给创造新需求。”吴大伟说。（青岛日报／观海新闻记者 曹森）