空气过滤用电纺聚偏氟乙烯-聚丙烯腈/熔喷聚丙烯无纺布复合材料的制备及过滤性能

为开发高效低阻的空气过滤材料,采用静电纺丝技术制备了聚偏氟乙烯（PVDF）-聚丙烯腈（PAN）复合纳米纤维,并与聚丙烯熔喷非织造布复合制得高效复合过滤材料,研究了PVDF与PAN的质量比对溶液性质、表面形貌、比表面积、透气性和过滤性能的影响。结果表明,当PVDF与PAN质量比为3:5时,其溶液可纺性最好,所得纤维直径均匀,约为0.59 μm;利用BET比表面积分析仪测试可得其比表面积约为PVDF与PAN质量比为2:1时的两倍;利用滤料测试仪对PVDF-PAN/熔喷聚丙烯（PP）无纺布复合滤材的过滤性能进行测试,结果表明,静电纺PVDF-PAN纳米纤维层可显著提高聚丙烯熔喷非织造布的过滤性能,PVDF-PAN/熔喷PP无纺布过滤效率可达99.95%,明显高于熔喷无纺布的过滤效率（65%）,过滤阻力为77 mmH₂O（1 mmH₂O=9.8 Pa）,过滤品质因子达0.0987,远高于熔喷无纺布的过滤品质因子0.0168,过滤效果得到显著提升。      

PAN预氧化纤维针刺复合滤料制备与性能研究

为了改善聚丙烯腈(PAN)预氧化纤维针刺滤料纤维间缠结性能差的问题,通过混入不同含量的聚苯硫醚(PPS)纤维制得PAN预氧化纤维针刺复合滤料,对其形态、纤维缠结程度、力学性能、透气性、孔径尺寸及其分布和过滤性能进行表征和分析。结果表明:添加PPS纤维,提高了滤料中纤维的缠结程度和滤料的致密性;滤料的纵向和横向断裂强力及断裂伸长率均有所提高,当PPS纤维含量为20%时,制得的PAN预氧化纤维针刺复合滤料的最小孔径、最大孔径和平均孔径分别为12.49μm、137.68μm和75.08μm;对微粒粒径为2.5μm的过滤效率达到85%,具有较好的过滤效果。     

醋酸纳米纤维夹心材料的制备及截滤性能研究

利用静电纺丝技术,在熔喷非织造布上分别沉积1、3、5、7、9min质量分数为10%的醋酸(CA)纳米纤维膜,并以纳米纤维膜为芯、制备熔喷非织造物为表里层的夹心材料。采用扫描电镜对CA纳米纤维膜及夹心材料进行形貌表征,测试孔径大小及分布,并对透气性和滤菌等截滤性能进行测试。结果表明:在实验范围内,纳米纤维连续均匀,直径分布在250～300nm之间;夹心材料孔径变小、孔隙分布均匀,孔径由10μm下降到3.5μm以下;纺丝时间对夹心材料透气性及滤菌性能有显著影响,但纺丝时间在1～5min范围内,对透气率影响较少,而滤菌效果明显改善;在纺丝时间为5min时,夹心材料透气率仅下降38mm/s,细菌过滤效率由27%左右提升至80%以上,可应用于医用口罩及其他防护产品。     

浸渍整理对PAN预氧化纤维/芳纶复合滤料性能影响研究

通过以聚四氟乙烯(PTFE)乳液和三聚氰胺甲醛树脂(MF)为主的整理液对制备的针刺聚丙烯腈(PAN)预氧化纤维/芳纶复合滤料进行浸渍处理,提高其过滤性能。研究了浸渍处理对PAN预氧化纤维/芳纶复合滤料外观形态、透气性、拉伸性能、孔径和过滤性能的影响。结果表明,浸渍处理使复合滤料纤维表面形成膜状附着物,断裂强力有所提高,复合滤料透气性和孔径均有明显减小,孔径分布窄而集中;浸渍处理后的复合滤料对不同粒径微粒过滤效率均明显提高,其中对0.3μm和0.5μm微粒过滤效率分别达到65.87%和68.63%,提高最为显著,提高率高达98.94%和85.09%,对2.5μm微粒过滤效率高达98.66%。     

空气过滤用微纳米纤维多层梯度复合材料的制备与性能

将薄微米纤维网作为静电纺丝的基材,静电纺聚丙烯腈(PAN)纳米纤维网形成微纳单层复合纤网,再将多个不同过滤精度的单层复合纤网按照一定顺序叠加,经热风粘合工艺加固制备具有逐层变化结构的微纳米纤维多层梯度复合空气过滤材料,分别研究了以纺丝时间为梯度、微米纤维网面密度为梯度的多层梯度复合滤料的孔径及过滤性能.研究结果表明:以纺丝时间为梯度的多层梯度复合滤料的平均孔径、最大分布的孔径均减小;对≥0.3μm颗粒的过滤效率提高了13％,而过滤阻力略微增大,但均在26-30 Pa之间.以微米纤网面密度为梯度的多层梯度复合滤料的平均孔径、最大分布的孔径相近;在过滤阻力保持稳定的情况下,对≥0.3μm颗粒的过滤效率提高幅度较小.因此,不同类型的梯度结构可在阻力略微增大或保持不变的情况下,提高复合材料的整体过滤性能,为制备高效低阻、可实际应用的复合滤料提供思路.     

静电纺聚乳酸纳米纤维复合滤料的过滤性能研究

将聚乳酸颗粒加入到质量比为8:2的三氯甲烷与N-N-二甲基甲酰胺的混合溶剂中,室温下配置质量分数为10%的纺丝液,采用静电纺丝法制备了平均直径在620nm左右的聚乳酸纤维。以聚乳酸熔喷非织造布为基布,通过控制纺丝时间的不同得到了负载不同厚度纳米纤维层的可生物降解的复合过滤材料。通过对各试样的孔隙率、孔径及孔径分布、过滤效率的测试发现:随着纺丝时间的增加,复合材料孔隙率不断下降,孔径不断减小,纺丝3h时,孔径基本减小到原先的一半,且分布相对集中,大大地提高了普通过滤材料的过滤效率。     

一种用于个体防护的高效净化材料的制备与性能

目前,经驻极生产的熔喷布对空气中病毒等微小颗粒的过滤主要依靠其静电吸附机理,但由于熔喷布表面电荷难以持久保持,不能长期保持高效过滤,因而不能保证医护人员不被新型冠状病毒(COVID-19)感染,所以需要提升熔喷布在失电荷时的机械过滤效率。文中利用静电纺丝技术在熔喷布上电纺尼龙6(PA6)纳米纤维,通过热压法制成一种以熔喷布为表层,PA6纳米纤维为中间层的夹心材料;对该夹心材料的表面形貌、热学性能、力学性能进行表征并测试其过滤性能。实验结果表明,夹心材料表面完整度高,纳米纤维直径可达67 nm左右;在没有驻极工艺处理的情况下,该夹心材料对粒径为0.2μm的颗粒过滤效率达到95%以上,而对照试验的无纺布相应的过滤效率为0;该夹心材料过滤阻力在284 Pa左右,适合作为个体防护使用。     

静电纺多孔/无孔二醋纤复合膜的制备及过滤性能研究

采用静电纺丝技术,借助高挥发溶剂的制孔性,制备了多孔超细二醋酸纤维。通过调控纺丝过程中多孔超细二醋酸纤维和无孔纳米二醋酸纤维的比例,制备了不同交叉结构的多孔超细/无孔纳米二醋纤复合膜。通过扫描电镜观察纤维膜的形貌,利用电导率仪测试纺丝液电导率,运用黏度计测试纺丝液的黏度,利用多孔材料孔径分析仪测试复合膜的孔径分布,通过滤料综合性能测试台测试不同空气流量下复合膜的过滤性能。结果表明:随着无孔纳米纤维在复合膜中比例的增加,复合膜的孔径分布范围变窄,孔径减小,堆积密度增加;过滤效率和过滤阻力都呈增大的趋势;当纺丝过程中,多孔超细纤维与无孔纳米纤维纺丝针管数目比例为1∶2时,所制备的复合膜具有最好的品质因数,在空气流量为80L/min时,其过滤阻力仅为280Pa,过滤效率可达99.472%。     

聚对苯二甲酸乙二醇酯纳米纤维膜/涤纶针刺毡过滤复合材料的制备及性能

利用静电纺丝技术制备了不同纺丝时间的聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）纳米纤维膜,将PET纳米纤维膜、热熔型胶膜及涤纶针刺毡通过热处理复合,制备了三明治结构的PET纳米纤维膜/涤纶针刺毡过滤复合材料,利用SEM分析了PET纳米纤维膜形貌,通过TGA确定了PET纳米纤维膜的热处理条件,对不同纺丝时间的PET纳米纤维膜/涤纶针刺毡过滤复合材料透气性能、过滤性能进行了研究。结果表明:纺丝液浓度为18%,纺丝电压为15 kV,接收距离为21 cm,环境温度为13℃,环境湿度为20%条件下得到的PET纳米纤维膜纤维平均直径为514.95 nm;PET纳米纤维膜与涤纶针刺毡的复合温度为115℃;随纺丝时间的增加,PET纳米纤维膜的密度增加,PET纳米纤维膜/涤纶针刺毡过滤复合材料对颗粒物的过滤效率增大,透气性下降,当密度为3.86 g/m2时,PET纳米纤维膜/涤纶针刺毡过滤复合材料的过滤性能最优,其品质因子Q_F明显优于常规涤纶针刺毡,对1 μm以下颗粒物的过滤效率均高于93%,效率提高了58%以上,表现出优异的过滤性能。      

复合结构防护口罩材料的制备及性能研究

利用静电纺丝技术,在粘胶水刺非织造基表面沉积时长分别为9 min、11 min、13 min、17 min、21 min、25 min、29 min,质量分数为13％的醋酸纤维素(CA)载药纳米纤维,药物为没食子酸(GA),再在表层覆盖丙纶纺粘非织造布,作为复合结构防护口罩材料.采用扫描电镜对非织造布及载药纳米纤维膜进行形貌表征,测试其孔径大小及分布,并进行了过滤效率、过滤阻力、抗菌性能测试.结果表明:在实验范围内,纳米纤维连续均匀,负载药物后的纳米纤维比纯CA纳米纤维直径稍粗,但直径更加均匀;随纺丝时间延长,复合结构材料孔径变小、孔径分布更均匀;并且对1μm以下的粒子的过滤效率从24.12％提高到69.76％左右,但对过滤阻力影响不大;复合结构材料对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌的抑菌圈宽度分别达到1.40 cm和2.30 cm,具有良好抗菌抑菌性能.     

静电纺醋酸纤维/PET复合过滤材料的制备及性能

采用静电纺丝技术将二醋酸纤维素纳米纤维直接沉积在聚对苯二甲酸乙二纯酯(PET)非织造布基材表面上,并在纳米纤维膜上覆1层PET无纺布,制备成三明治结构的复合滤材。研究了不同条件对复合过滤材料过滤性能的影响。结果表明:均匀纳米纤维有利于提高复合滤材的过滤效率而串珠纤维有利于降低复合滤材的过滤阻力;随着纺丝时间和电压的增大,复合滤材的过滤效率和过滤阻力都呈现增大的趋势;随着空气流量的增加,复合滤材的过滤效率几乎不变,但过滤阻力却呈现线性增大的趋势。当选择纺丝时间为60min,纺丝电压为18kV时所制备的串珠状复合纤维过滤材料,能对粒径0.5μm的颗粒达到99%以上的过滤效率。     

多孔超细醋酸纤维/涤纶非织造布复合滤材的制备及性能

采用静电纺丝技术,借助高挥发溶剂的制孔性,通过调控二醋酸溶液的浓度,制备了串珠状、条带状和圆柱状的多孔二醋酸超细纤维。通过扫描电镜观察纤维形貌,通过电导率仪测试纺丝液电导率,运用黏度计测试纺丝液黏度,利用滤料综合性能测试台测试纤维形貌、纺丝时间及空气流量对复合滤料过滤性能的影响。实验结果表明,随溶液浓度增加,多孔纤维形貌可由"串珠状"过渡到"条带状"最终变为"圆柱状",条带状纤维和圆柱状纤维有利于提高纤维的过滤效率,而串珠状纤维有利于降低复合滤料的过滤阻力;随着纺丝时间的延长,复合滤料的过滤效率和过滤阻力均呈增大趋势;随着空气流量的增加,复合滤料过滤效率略有降低,而其过滤阻力增加明显。     

纳米SiO_2驻极体/聚乳酸复合熔喷非织造材料的制备及性能

采用纳米SiO_2为驻极体,经过表面改性与聚乳酸(PLA)复合,利用双螺杆挤出机制备了纳米SiO_2/PLA复合熔喷切片,并通过工业级熔喷生产线试制了纳米SiO_2/PLA复合熔喷非织造材料。利用FTIR分析了纳米SiO_2的表面改性效果,利用DSC分析了纳米SiO_2/PLA复合熔喷切片在熔喷快速冷却条件下的结晶性能,利用滤料综合性能测试台和SEM研究了纳米SiO_2/PLA复合熔喷非织造材料的过滤性能及微观形貌,最后采用质量损失法评估了纳米SiO_2/PLA复合熔喷非织造材料的降解性能。研究结果表明:经表面改性处理,纳米SiO_2表面附上了有机活性基团;在100℃/min的冷却条件下纯PLA的结晶分数较低,纳米SiO_2驻极体的加入有助于PLA的结晶;少量纳米SiO_2驻极体的添加可显著提高PLA复合熔喷非织造材料的过滤效率,其中质量分数0.75%的纳米SiO_2添加量可使过滤效率达到99.69%,接近商用高效空气过滤器(HEPA)级聚丙烯(PP)过滤效率;在中性水解环境下,纳米SiO_2/PLA复合熔喷非织造材料具备可降解性能,经8个月质量降解至79.57%。     

静电纺聚醚砜纳米纤维膜的制备及性能研究

配制不同浓度的聚醚砜(PES)纺丝液,在不同纺丝温度和进液速度下,采用静电纺丝技术制备PES纳米纤维膜,并通过扫描电子显微镜观察膜表面的微观形貌,探究纺丝液浓度、进液速度和纺丝温度等条件对纤维的形貌、直径和孔径分布等的影响。结果表明:当纺丝液浓度为28%(质量分数),推进速度为1mL/h,纺丝温度为45℃时,纺丝效果最佳。分别采用电子万能试验机和泡压法滤膜孔径分析仪对优化条件下制得的PES纳米纤维膜的力学性能、通孔孔径及孔径分布进行测试,发现该条件下所得PES纳米纤维膜的弹性模量为33.4MPa,断裂伸长率为38.63%,拉伸屈服应力为3.47MPa;纤维平均直径为0.723μm,平均孔径为3.5689μm,最可几孔径为3.5655μm。静电纺PES纳米纤维膜有望作为高精度滤膜材料使用。     

空气过滤用微纳米聚丙烯腈/皮芯型聚乙烯-聚丙烯双组分纤维多层复合材料的制备与性能

采用静电纺丝技术将聚丙烯腈(PAN)纳米纤维收集在皮芯型聚乙烯-聚丙烯(PE-PP)双组分微米纤维网上,制备PAN/PE-PP单层复合纤维网,再将多个单层复合纤维网层层堆叠,经热黏合加固,制备PAN/PE-PP多层复合空气过滤材料,研究了PAN/PE-PP复合纤维网的层数和纺丝时间对其孔径及过滤性能的影响。结果表明:多层复合的方式可得到与单层复合材料相似的孔径参数,但两种材料的孔道结构不同。在总面密度和总纺丝时间一定时,当PAN/PE-PP复合纤维网的层数大于10层时,PAN/PE-PP多层复合过滤材料的过滤效率和品质因子Q_F均明显大于PAN/PE-PP单层复合过滤材料,阻力略微增大;其中,相较PAN/PE-PP单层复合过滤材料,20层PAN/PE-PP复合过滤材料对≥0.3 μm颗粒的过滤效率提高了33%,阻力增加了5 Pa,Q_F值提高了30%。当总面密度和层数一定时,延长静电纺丝时间≥210 min,20层PAN/PE-PP复合过滤材料对颗粒的过滤效率可提高至90%以上,但阻力也急剧增大,因此静电纺丝时间为210 min的PAN/PE-PP多层复合材料的过滤性能最佳。因此,与相同面密度的PAN/PE-PP单层复合过滤材料相比,PAN/PE-PP多层复合过滤材料的过滤性能明显提高;微纳米纤维多层复合法是制备高效低阻复合空气过滤材料的有效方法。      

艾草/聚丙烯腈纳米纤维复合材料的制备及其超亲水、长久抗菌性能

艾草是一种常见的中草药,其提取物-艾草精油存在挥发快、无法长期保持抑菌性等问题已成为制约其产业化应用的瓶颈。为解决上述问题,本论文利用水溶性艾草粉末,通过静电纺丝方法制备艾草/聚丙烯腈复合纳米纤维,并通过在线工艺与熔喷、热风非织造材料进行复合制备稳定性好、抑菌长久的复合过滤材料。对复合材料的润湿性、抗菌性、透气过滤效率以及单向导湿等性能进行了测试,并与添加艾草精油材料进行了比较。结果表明：艾草粉末的添加使得复合材料具有超亲水性,相比纯聚丙烯腈纳米纤维材料润湿时间缩短126倍;当艾草与聚丙烯腈质量比达到15∶15时,存放2个月后样品的抑菌性测试发现其对金黄色葡萄球菌的抑菌率达到99.5%,而相同条件下艾草精油挥发较快,抗菌性能和持久性较低,可以看出艾草纳米纤维材料具有优异的抗菌和阻隔性能;熔喷材料与艾草/聚丙烯腈纳米纤维材料复合,单向导湿指数可高达988.96%。有望解决纤维材料夏天热集中、冬天湿冷和细菌繁殖等问题,在口罩、敷料和医用防护服等领域上有着广阔应用前景。     

纳米Ag-聚乙烯醇缩丁醛静电纺丝复合纳米纤维的制备及性能

采用静电纺丝技术制备纳米Ag-聚乙烯醇缩丁醛（PVB）复合纳米纤维,获得一类过滤性能和抗菌性能优异的空气过滤材料。采用TEM分析纳米Ag的形貌,采用SEM、FTIR和XRD等表征手段研究纳米Ag-PVB复合纳米纤维的微观形貌、化学结构以及结晶行为,并对其空气过滤性能、透气性能和抗菌性能进行了研究。结果表明：以乙醇为溶剂,当PVB含量为10wt%、纳米Ag含量为0.25wt%时,得到的纤维尺寸均一,平均直径为542.14 nm。性能测试结果表明,纺丝最佳时间为10 min,纳米Ag-PVB复合纳米纤维对PM2.5过滤效率为99.99%,过滤阻力为16 Pa,透气率为155.0 mm/s,并且对大肠杆菌表现出优异的抗菌性能,其抑菌率为95.52%。     

凹凸棒石-聚丙烯腈复合静电纺丝膜的制备与表征

采用3种改性剂对凹凸棒石进行表面改性,然后通过静电纺丝技术制备凹凸棒石-聚丙烯腈(ATP-PAN)复合纳米纤维膜,研究改性剂对复合膜结构和空气过滤性能的影响,优化ATP-PAN复合膜材料的静电纺丝制备工艺。结果表明,经十八烷基三甲基溴化铵和γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷联用改性后的凹凸棒石纳米棒在复合纳米纤维膜中的分布较优。以邻苯二甲酸二辛酯(DOP)气溶胶颗粒为目标过滤物,发现凹凸棒石使复合膜的空气过滤效率达到98. 670%,压降仅为106. 7 Pa,品质因数为0. 407 3 Pa~(-1),表明以凹凸棒石为功能添加剂的复合纳米纤维膜材料在空气过滤领域具有良好的应用前景。     

PVDF/ZIF-8复合滤材的制备及其过滤性能研究

以聚酯纤维无纺布为接收基材,通过静电纺丝技术制备了包覆2-甲基咪唑锌盐(ZIF-8)纳米颗粒的聚偏氟乙烯(PVDF)/ZIF-8超细纤维过滤材料,系统研究了纺丝液浓度对PVDF纤维形貌的影响和不同纳米纤维复合膜克重的PVDF/ZIF-8复合滤材的过滤性能。研究表明:ZIF-8可显著降低PVDF/ZIF-8复合纤维的直径,最小平均直径可达(83±11) nm。在最佳纺丝条件下,随着纳米纤维复合膜克重的增加,纤维毡的过滤效率与阻力均增加。对于质量中值直径为0. 26μm的Na Cl气溶胶,PVDF/ZIF-8复合纤维毡的过滤效率为95. 910%时,阻力为47. 6 Pa;过滤效率为99. 534%时,阻力为111. 1 Pa。ZIF-8与纳米纤维结合形成的超细纤维复合毡,为低克重节能滤材的研制提供了新的思路。     

NaA型分子筛掺杂PAN/PES复合纳米纤维膜制备及性能研究

通过水热法合成NaA型分子筛颗粒,采用静电纺丝技术成功制备了NaA型分子筛掺杂聚丙烯腈(PAN)/聚醚砜(PES)复合纳米纤维膜。以扫描电子显微镜、X射线衍射、傅里叶变换红外光谱分析等手段对制备的NaA型分子筛以及PAN/PES/NaA复合纳米纤维膜进行表征及测试,同时探索了NaA型分子筛的掺杂量、纤维膜的面密度以及测试粒径、时间、气溶胶流速对空气过滤性能的影响。空气过滤测试结果表明:在NaA型分子筛掺杂量为1.5%(质量分数),纤维膜面密度为0.72g/m~2条件下,对粒径为0.33μm的邻苯二甲酸二辛酯气溶胶颗粒的过滤效率高达96.525%,空气过滤压降仅为65.337Pa,品质因数为0.096Pa~(-1)。