Page 47 - 《橡塑技术与装备》2019年8期（4月下半月塑料）
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综述与专论 杨卫民 等·激光加工技术在塑料成型加工中的应用研究进展
维的最有效及最有前景的方式，近年来成为研究的热 过静电纺丝得到超细纤维 [45] 。
点 [35] 。相比溶液静电纺丝，熔体纳米纤维具有纤维形 为了提高激光熔体纺丝制备纳米纤维的效率，
貌好、无有毒溶剂残留，生产效率高、生产过程更加 Shimada [46] 提出了能够同时产生多个 “ 泰勒锥 ” 的
环保的优点，在纳米纤维规模化制备及高端领域应用 线性激光静电纺丝设备，首先将原料制成一定厚度的
具有明显的优势 [36] 。 薄板，然后以一定的给料速度供入狭缝槽中。在狭缝
激光在熔体纳米纤维制备过程中主要作为热源使 槽的出口端，原料受到线性激光的照射而熔融，并在
用。相比于传统的电加热、热流体加热、热空气加热 静电作用下拉伸细化，成功制备了直径小于 1 μm 的
等方式，激光加热属于非接触式直接加热，具有加热 PA6/12 和 EVOH 纳米纤维。Suzuki A [41] 提出了激光
速度快、聚合物熔体温度均一性好、能有效解决易降 超声法连续制备纳米纤维膜的装置如（图 5），主要包
解聚合物高温降解的难题 [37] 。利用激光加热的优势， 括粗纤维给料辊筒、导向罗拉、真空腔体，收卷辊、
研究人员已提出了多种激光熔融制备纳米纤维的方法， 激光发生器以及真空泵。80 根平均直径为 80.8 μm 的
如：激光熔体静电纺丝 [38~40] 、激光熔融超音速拉伸 [41~42] 粗纤维分别穿过直径为 0.3 mm，深度为 4 mm 的孔进
及激光熔融机械拉伸法 [43] 。 入真空腔内部，然后在激光的照射下融化。与此同时，
激光作为聚合物融化的主要热源，其功率的大小 由真空腔与大气压差产生的超音速气流对聚合物熔体
对纤维直径、形貌具有直接的影响。Suzuki 等 [38] 利 进行快速拉升、冷却，形成纳米纤维。研究者通过优
用激光作为加热源，制得了微米级纤维 , 研究了激光 化收集距离、真空度、纺丝孔排布位置、激光功率等
功率密度对纤维直径的影响，并研究了该过程的分子 参数，实现了沿宽度方向性能均匀的纳米纤维膜的连
演变，为激光熔体静电纺丝法做了一定的基础。Ogata 续制备。
等 [40] 研究结果表明，纤维直径随着输出功率增加呈指
数形式减小，到一定程度，纤维直径保持不变。激光
功率过高时会出现串珠结构，继续增大激光功率，纤
维会分解严重，因此不同的材料性质、原料供应状态，
需要不同的激光功率。除此之外，Suzuki A [41] 研究了
不同激光照射距离对纤维直径的影响，研究结果显示，
当激光功率超过 20 W 后，不同激光照射距离下的纤
维平均直径保持不变，该研究结果为激光熔融批量制
备高性能纳米纤维膜奠定了一定的基础。
激光加热对于热塑性材料的熔融具有很强的适应
性。至今为止，PLA、PET、PPS、PBT、N66、PE、
PP 及 PCL 等多种热塑性聚合物均已通过激光加热的 图 5 激光超声法连续制备纳米纤维膜 [41]
纺丝制备得到纳米纤维 [37][40] 。Suzuki A [41] 利用激光
2.4 激光在聚合物基高性能碳材料制备中的
超声牵伸法制备了 PLLA 纳米纤维，实验结果显示，
应用
纳米纤维的重均分子量、数均分子量和色谱跟踪曲线
碳纤维因轻质、高强、抗疲劳等特性，在航空航天、
与原材料的各相应参数高度一致，表明在激光熔融制
国防军工、汽车以及高端体育用品等领域有着广泛应
备 PLLA 纳米纤维的过程中，材料没有发生热降解及
用。高性能纤维领域是世界范围内日、美、欧盟目前
热分解，解决了易降解材料在纳米纤维制备中降解的
处于领先地位，并具有较为稳定的产品及市场占有率，
难题，保证了纤维产品的最终品质。Nakata [44] 以共轭
我国高性能纤维产业整体上处于竞争弱势地位 [47~49] 。
海岛纤维 N6/PET 为原料，采用激光熔融机械拉伸的
碳纤维前驱体包括 PAN、沥青、黏胶等，其中以 PAN
方法制备了直径可达 39 nm 的连续 PET 长纤维，证实
基碳纤维规模最大，市场应用较广。目前碳纤维存在
了激光法在加热双组分材料的优越性。在激光静电纺
生产成本较高，综合性能不高等问题。因此，众多公
丝工艺中，对于材料的导电性具有一定的要求，Ogata
司及科研院所仍旧在进行相关的研究。对于成本问题，
的研究表明体积比大于 1 015 Ω·cm 的聚合物不易通
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