静电纺聚丙烯腈复合滤料的制备与性能

将聚丙烯腈粉末加入到N,N-二甲基甲酰胺中,制备12%(wt,质量分数)的纺丝液。以聚丙烯熔喷非织造布为基布,通过改变纺丝时间,制得不同厚度的复合滤料。通过扫描电子显微镜观察熔喷布和纳米纤维的外观形貌,并对复合滤料的孔径、孔径分布、过滤效率、透气性进行表征。结果表明:采用静电纺丝的方法纺制了平均直径为220nm的聚丙烯腈纳米纤维。随着纺丝时间的增加,复合滤料的孔径不断减小,过滤效率逐渐提高,透气性下降。当纺丝时间为60min时,复合滤料的孔径尺寸集中分布在2~5μm,对粒径"≥1.0μm2.0μm"颗粒的过滤效率为99.85%,压力降为200Pa,符合医用防护口罩技术要求,过滤性能达到2级。     

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%。     

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.     

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.     

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。     

PVA纳米丝基夹心净化材料的结构与过滤性能

研究了纤维面密度不同的夹心材料对不同浊度的聚苯乙烯(PS)微球悬浮液的过滤效率、压力降的变化情况。研究发现,纤维密度为2.5 g/m2时夹心材料的滤性能相对较好,浊度为80NTU时,QF最大为1.713×10-3。通过扫描电镜(SEM)表征了夹心材料的形貌及不同面密度纤维的孔径大小,平均孔径随着面密度的增加而逐渐减小,且过滤效率随着平均孔径的减小而逐渐增加。夹心材料在循环使用5次后,过滤效率及纤维的保留率都下降。     

复合碳化硅陶瓷过滤膜材料的制备及表征

研究了陶瓷纤维过渡层浆料的不同工艺配方对复合碳化硅过滤膜材料结构的影响,陶瓷粘结剂量对过滤膜的孔隙率、孔径大小和孔径分布的影响,以及陶瓷粘结剂量为15%（质量分数）时,造孔剂量对过滤膜孔隙率的影响.采用流延成型法在多孔碳化硅陶瓷块体上流延制备复合碳化硅陶瓷过滤膜,并用XRD对过滤膜进行物相分析,扫描电镜观察过滤膜的形貌,表面过滤膜的孔隙率和孔径分布则用排水法和泡点法分别测试.结果表明,1 300℃烧结3h后的碳化硅过滤膜在2θ=22°时,有SiO₂衍射峰生成.当陶瓷纤维过渡层浆料各成分的质量比为:硅酸铝纤维:莫来石纤维:羧甲基纤维素钠（CMC）:蒸馏水=1:1:1.565,复合碳化硅陶瓷过滤膜结构最均匀平整.当粘结剂量5%增加到25%时,过滤膜气孔率从46%下降到29%,平均孔径从11.916μm减小至4.017μm;当粘结剂量为15%,造孔剂量从5%增加到25%时,过滤膜气孔率从41%上升到60%.     

静电纺PLA管状支架的结构及其生物力学性能

以具有良好生物相容性、生物可降解性的聚乳酸(PLA)为原料,通过静电纺丝法,以高速旋转的滚轴为收集装置,制备了PLA小口径管状支架(d=4.5mm).研究了不同工艺对PLA管状支架形态结构、孔隙率和生物力学性能的影响.结果表明:随着纺丝液质量分数的增加,纤维直径增大,孔隙率减小,断裂强度提高;当滚轴转速为2000r/min时,可获得取向很好的纤维,此时,PLA管状支架的孔隙率最小,断裂强度最大,其爆破强度远高于人体正常血压;随着管壁厚度的增加,PLA管状支架的孔隙率减小,其断裂强度及爆破强度均增加.     

静电纺丝法制备小口径胶原-聚乳酸人工血管

以聚乳酸(PLA)和胶原(Col)为原料,通过静电纺丝法制备了小口径(d=3.0mm)Col-PLA人工血管。采用扫描电镜、孔径分析仪和万能拉力机对Col-PLA人工血管的外层纤维形貌、孔径和拉伸性能进行了表征,测定了人工血管的管壁厚度及爆破强度。研究了纺丝电压、纺丝液质量分数、PLA与Col质量比对人工血管结构及性能的影响。结果表明:随纺丝电压的增加,纤维排列由杂乱变为规整,最佳的纺丝电压为15~20kV之间;当纺丝液质量分数增大时,Col-PLA人工血管的纤维直径增大,孔径及孔隙率均变小,拉伸强度和爆破强度提高;随PLA与Col质量比提高,人工血管的内层管壁厚度减少,外层管壁厚度增加,使拉伸强度和爆破强度提高,PLA与Col质量比分别为70∶30和90∶10时,制得人工血管力学强度能够满足使用要求。     

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。      

A reactive electrospinning approach for nanoporous PLA/monetite nanocomposite fibers

Nanoporous fibers of PLA/monetite nanocomposite were fabricated using a reactive electrospinning approach using appropriate precursors. Monetite is formed in-situ during the electrospinning of PLA matrix. The crystal phase and morphological structure of the monetite/PLA fibers were characterized using X-ray diffraction and Scanning Electron Microscope. The monetite particles were uniformly distributed through the electrospun fibers. Water and heat were produced during the formation of monetite as by-products. Both water and heat had the ability to modify the surface of the electrospun PLA/monetite fibers. Water induced pore formation (WIPF) was the most likely mechanism to explain the pore formation during the reactive electrospinning process. Electrospinning parameters such as feed rate, spinning voltage and monetite contents in the composite fibers were correlated to pore formation in the fibers. The feed rate had a significant effect on the pore formation. There was a little decrease in the value of the BET surface area for the fibers electrospun at high rate compared to that of the fibers electrospun at low rate. At low spinning voltage of 10 kV, most surfaces were nonporous. However, at a greater voltage (e.g. 26 kV) the number of pores increased on the surfaces. As the monetite contents increased, the pores were produced in a longitudinal shape and surface became rough. The final morphology of the pore formation implies a competition between the amounts of the generated by-product water and heat. By controlling the electrospinning parameter, it is possibly to manipulate fibers with the controlled pore area.     

High Efficiency Poly(acrylonitrile) Electrospun Nanofiber Membranes for Airborne Nanomaterials Filtration

The potential of poly(acrylonitrile) electrospun membranes with tuneable pore size and fiber distributions were investigated for airborne fine‐particle filtration for the first time. The impact of solution concentration on final membrane properties are evaluated for the purpose of designing separation materials with higher separation efficiency. The properties of fibers and membranes are investigated systematically: the average pore distribution, as characterized by capillary flow porometry, and thermo‐mechanical properties of the mats are found to be dependent on fiber diameter and on specific electrospinning conditions. Filtration efficiency and pressure drop are calculated from measurement of penetration through the membranes using potassium chloride (KCl) aerosol particles ranging from 300 nm to 12 μm diameter. The PAN membranes exhibited separation efficiencies in the range of 73.8–99.78% and a typical quality factor 0.0224 (1 Pa^?1) for 12 wt% PAN with nanofibers having a diameter of 858 nm. Concerning air flow rate, the quality factor and filtration efficiency of the electrospun membranes at higher face velocity are much more stable than for commercial membranes. The results suggest that the structure of electrospun membranes is the best for air filtration in terms of filtration stability at high air flow rate.

     

Morphological and permeable properties of antibacterial double-layered composite nonwovens consisting of microfibers and nanofibers

Melt-blown nonwovens consisting of only micron-sized fibers were not sufficient to completely prevent bacterial invasion using a structure property of filter media composed of micro pore size alone. To improve the percent filtration efficiency (E) and antibacterial activity of nonwovens, a novel type of polyurethane (PU) composite nonwovens composed of double layers was fabricated using a combination of melt-blowing and electrospinning. In this study, melt-blown thermoplastic polyurethane (TPU) nonwovens were used to support the mechanical property to act as a substrate layer. In addition, the electrospun PU nanofibrous layer containing the AgCl nanoparticles (NPs) as an antibacterial agent provided antibacterial activity and filtration efficiency. Double-layered composite nonwovens were characterized in terms of pore structure and antibacterial activity. The filtration efficiency of PU composite nonwovens containing an AgCl NPs was improved in comparison with PU composite nonwovens, and their antibacterial activity against three micro-organisms was 99.9%.     

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。      

动态线性电极静电纺PVA纳米纤维的可纺性

为了解决传统针式静电纺针头易堵塞不易产业化的问题,采用铜丝动态线性电极静电纺丝技术对PVA纳米纤维的可纺性进行研究。利用扫描电子显微镜研究了PVA溶液浓度、电压和纺丝距离对PVA纤维形貌及直径分布的影响。结果表明:随PVA溶液浓度降低,溶液粘度和电导率减小,纤维直径及其分布变小。且随纺丝距离增大,纤维直径变细,纤维形貌变好。当PVA浓度为10%(质量分数),电压80 kV,距离30 cm时,可制备出形貌良好的纳米纤维,其直径为433 nm,产量高达 6.8 g/h ;当PVA浓度为5%(质量分数),电压80 kV,距离30 cm, 可纺最细纤维直径为96 nm。本研究可为未来PVA静电纺纳米纤维膜的规模化制备提供参考。     

静电纺PVDF/SiO_2原位复合隔膜的研究

采用原位复合溶胶-凝胶法配制复合纺丝液,通过高压静电纺丝制备出PVDF/SiO2复合纳米纤维膜。通过SEM表征了PVDF/SiO2复合纳米纤维的纺丝效果,同时对比了使用两种方法添加6%SiO2制得的PVDF静电纺复合纳米纤维的表面形貌及力学性能。研究了原位纳米SiO2的加入对膜的孔径变化以及力学性能的影响。结果表明,原位硅的加入,增加了纤维的表面粗糙度;降低了复合膜内的微孔直径,并使得微孔直径分布更加集中;改善了膜的力学性能,添加6%原位硅时效果最佳。在SiO2含量为6%时,与直接添加相比,原位复合法制得的复合膜力学性能更佳。     

静电纺丝法制备MWNTs/聚胺醚复合纳米纤维

用静电纺丝法制备MWNTs/聚胺醚复合纳米纤维,将收集到的无纺布通过SEM观察其微观形貌,并用Image-Pro Plus 6.0软件测量纤维的直径;分别用TG和XRD测试了复合纤维的热性能和结晶行为。结果表明,MWNTs含量较多的纺丝溶液受到的电场力较大,比较容易得到纤维,且得到的纤维直径较细;MWNTs含量为1%时溶液的可纺浓度为30%～34%;TGA分析表明,随碳管含量增加复合纳米纤维的热稳定性提高;XRD分析表明,碳管较好地分散于聚胺醚中。     

静电纺丝制备多孔醋酸纤维素超细纤维

采用静电纺丝法制备了大量尺寸为60 nm～750 nm椭圆形多孔醋酸纤维素(CA)纤维.利用扫描电镜(SEM)表征了纤维及孔的形态和大小,液氮吸附法(BET)测定了纤维的比表面积.探讨了溶刑种类、溶剂配比和溶液浓度对多孔CA纤维的影响.通过调节纺丝溶液性质和纺丝参数,CA纤维表面多孔大小和分布密度是可调控的.成孔机理是...