静电纺丝复合滤材制备及性能研究

研究了纺丝液浓度对聚丙烯腈(PAN)静电纺丝纤维直径,以及对PAN静电纺丝纳米纤维膜复合滤材过滤性能的影响。测试结果表明,纺丝液浓度增加,静电纺丝纤维直径变粗,孔径增大,其中质量分数为16%的纺丝液具有良好的纺丝性能,静电纺丝所得的纳米纤维直径均匀,复合后滤材在颗粒直径0.3μm,过滤风速5.3 cm/s的测试条件下,过滤效率达到99.98%,阻力为138 Pa,达到H13级别,具有高效低阻特性。     

静电纺纳米纤维/串珠纤维在低阻力过滤材料中的应用

利用浓度分别为15%和8%的二醋酸纤维素纺丝液,采用静电纺丝的方法在商业聚对苯二甲酸乙二酯(PET)非织造布表面同时复合沉积纳米纤维/串珠纤维混合均匀的纤维膜,并在纤维膜上再覆盖一层PET无纺布,制备了复合过滤材料。研究了纤维形貌对复合过滤材料过滤性能的影响,并分析了复合时间、复合电压和纳米纤维/串珠纤维纺丝液供液比对复合过滤材料过滤性能的影响。结果表明,在纳米纤维中加入串珠纤维有利于在保证过滤效率的前提下降低过滤阻力;随着复合时间的增加,过滤阻力先缓慢增长而后迅速增加,过滤效率则先迅速上升而后缓慢增加;随着复合电压的增加,过滤阻力有所下降而过滤效率变化不大,当复合电压增加到24 k V时,过滤效率得到提升但同时过滤阻力大幅增加;随着串珠纤维含量的增加,过滤效率和阻力总体上呈先下降后增大的趋势。当复合时间为60 min,复合电压为22 k V,纳米/串珠纤维供液比为10∶5时,所制备的复合过滤材料的过滤阻力仅为115 Pa,对0.5μm以上微粒的过滤效率达到96%以上。     

静电纺丝纤维滤材表征及其气液过滤性能

以聚丙烯腈与二甲基甲酰胺为原料配制纺丝溶液,采用静电纺丝技术制备玻璃纤维/聚丙烯腈纤维/玻璃纤维三层复合滤材,研究了纺丝溶液浓度与纺丝电压等参数对纤维形貌及尺寸的影响,分析了复合滤材的过滤性能. 结果表明,控制不同纺丝溶液浓度可得形貌不同的纤维,且溶液浓度越大纤维尺寸越大;纺丝电压对纤维形貌的影响较小,但增加纺丝电压使静电纺纤维层的孔径减小. 相比玻璃纤维滤材,复合滤材过滤效率明显提升,稳态效率最大可提升21%,最易穿透粒径效率最大可提升39%,但复合滤材孔径较小时,过程压降增加了一段跳跃阶段,纳米纤维层表面形成液膜,使复合滤材稳态压降升高.     

溶液喷射纺丝制备PES-C/PES-CB复合纳米纤维膜

通过在酚酞聚醚砜(PES-C)纺丝液中添加不同含量的两性离子改性的酚酞聚醚砜(PES-CB),然后利用溶液喷射纺丝法制备PES-CB/PES-C复合纳米纤维膜,并通过扫描电子显微镜、红外、差示扫描量热仪、热重分析、接触角等对复合纳米纤维膜进行了测试表征,最后将复合纳米纤维膜进行淀粉溶液过滤测试。结果表明,随着PES-CB含量的增加,纳米纤维的直径不断减小,当PES-CB添加量达到30%时,复合纳米纤维膜的平均直径减小到300nm左右。同时由于两性离子支链的存在,纤维膜的亲水性也得到提高,但其耐热性降低。过滤测试结果表明,随着PES-CB含量的增加,膜的抗污染能力得到明显提高,当PES-CB添加量达到30%时,过滤淀粉溶液的水通量恢复率(FRR%)达到83%左右。结合纺丝过程及过滤性能测试来看,PES-CB添加量在30%左右制备的复合纳米纤维膜综合性能最佳。     

PLA/PET复合滤料的制备及性能研究

为了获得高效防尘口罩的过滤材料,以聚乳酸(PLA)为原料,采用静电纺丝方法制备PLA纳米纤维并沉积在聚对苯二甲酸乙二酯(PET)非织造布基材的表面,制备静电纺PLA/PET复合过滤材料。研究了复合过滤材料的结构、纤维直径及过滤性能。结果表明:PLA/PET复合滤料显著改善PET非织造布的过滤性能;随着PLA纺丝液的质量分数的增加,PLA/PET复合滤料的过滤性能逐渐变小;随着电压的增加,过滤性能逐渐增加;PLA/PET复合滤料的过滤效率可以达到98%以上,具有良好的高效防尘性能。     

超薄ePTFE纳米纤维膜用于PM2.5的高效治理

针对中高浓度PM2.5的高效过滤问题,选取颗粒粒径与膜孔径比值(dP/dm)范围为0.86~4.46,厚度小于等于1 μm的三种不同结构的超薄ePTFE纳米纤维膜展开应用性能研究。考察了过滤速度、PM2.5浓度和膜结构对过滤性能的影响以及膜的再生性能。得益于纳米纤维堆叠的网状结构,在过滤速度为1.2~4.8 m/min,进口浓度为200~1000 mg/m3的范围内,三种超薄ePTFE纳米纤维膜均能实现PM2.5的高效截留(>99.5%),其稳定压降和压降增长速度均随过滤风速和进口PM2.5浓度增加而增加,但初始压降和出口浓度仅随过滤风速增加而增加,与进口浓度关系不大。超薄ePTFE纳米纤维膜层数少、过滤阻力低(≤130 Pa)且膜表面光滑(表面粗糙度小于1 μm),降低了滤饼与膜表面附着力,使滤饼易于脱落,在4次循环实验中展现出良好的再生性能。横向对比结果显示,dP/dm为0.86,膜厚度为0.5 μm的超薄ePTFE纳米纤维膜兼具最低的过滤压降(30 Pa)、良好的过滤效率(99.93%)及再生性能好的优势,在中高浓度PM2.5空气净化领域表现出较好的应用前景。     

PLA微纳米纤维复合过滤非织造布的制备与性能

通过液喷侧吹纺丝方法制备了聚乳酸(PLA)微纳米纤维和PLA/聚丙烯(PP)熔喷复合过滤非织造材料,探讨了液喷工艺参数对PLA微纳米纤维直径和分布的影响,并对不同制备条件下的PLA/PP复合过滤非织造布的力学性能、透气性及过滤性能进行了测试。结果表明,在PLA溶液质量分数为7%,风压为0.3 MPa,接收距离为35 cm,挤出速率分别为15,20,25 m L/h的条件下,可获得直径分别为0.98,1.02,1.12μm的PLA微纳米纤维。当液喷侧吹时间为30 min、挤出速率为20 m L/h时,PLA/PP复合过滤非织造布的透气性下降了52.48%,而过滤阻力、断裂强度和过滤效率分别提高了22.79%,94.51%和46.84%,其综合性能得到明显改善。     

不同相对湿度下亲疏水纳米纤维膜空气过滤性能实验研究

利用静电纺丝法制备了表面静态接触角为23.6°的具有亲水功能的PAN/PVP复合纳米纤维膜、接触角为81.2°的PAN纳米纤维膜、接触角为131.9°的具有疏水功能的PAN/PVDF复合纳米纤维膜。利用自行搭建的空气过滤实验台,在40%、55%、70%三种相对湿度下对三种纳米纤维膜进行空气过滤实验,对纳米纤维膜的过滤效率、阻力损失及品质因子进行分析。结果表明：三种纳米纤维膜的过滤效率随着相对湿度的增大而升高,PAN/PVP膜和PAN膜的阻力损失随着相对湿度的增大而增加,PAN/PVDF的阻力损失随着相对湿度的增大而减小;PAN/PVP膜和PAN膜的品质因子随着相对湿度的增大而减小,PAN/PVDF膜的品质因子随着相对湿度的增大而增大,湿度越大,PAN/PVDF纳米纤维膜的过滤性能越显著。     

基于气流雾化静电纺纳米纤维的制备及其空气过滤性能

为克服传统单针头静电纺丝生产效率低的问题,在现有气流辅助静电纺丝的基础上设计一种基于气流雾化静电纺丝装置。以聚丙烯腈(PAN)溶液为纺丝液,采用自主设计的气流雾化静电纺丝装置制备纳米纤维膜,分析了其成形原理和过程以及气流压力、纺丝电压对成形纤维形态和直径的影响,并测试其空气过滤性能。结果表明:当纺丝液的质量分数为12%,纺丝气压为0.2 MPa,纺丝电压为30 kV时,纤维的平均直径均为200 nm左右,产量达5 g/h,其过滤效率高达97.5%,气流雾化静电纺丝为纳米纤维批量化制备提供了新途径。     

梯度孔隙结构二醋酸纤维复合滤料的制备及过滤性能

采用静电纺丝技术制备了多孔和无孔二醋酸纳米纤维,并将其按照不同比例先后沉积于聚丙烯(PP)纺粘非织造布上,制备出具有梯度孔隙结构的复合滤料。通过改变多孔二醋酸纤维的纺丝时间调控2种纤维的比例,探究了不同纤维比例下滤料的过滤性能。当无孔/多孔纺丝液体积比为1/1时,复合滤料的品质因数最高,达到0. 084 Pa-1,此时对2μm及以上粒子的过滤效率达到99. 57%,过滤阻力仅为65 Pa,达到了一级PM2. 5防护口罩的标准。