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靜電紡PLA梯度復(fù)合濾料的制備及過(guò)濾性能研究

更新時(shí)間：2022-07-27 08:21:54 人氣指數(shù)：

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提高對(duì)小直徑顆粒的過(guò)濾效率,采用靜電紡絲法制備了聚乳酸（PLA）納米纖維氈，并將其與聚丙烯（PP）紡粘熔噴非織造基布復(fù)合，通過(guò)調(diào)節(jié)紡絲電壓、紡絲時(shí)間和纖維氈層數(shù)，形成梯度結(jié)構(gòu)復(fù)合過(guò)濾材料。結(jié)果表明:PLA靜電紡納米纖維的直徑隨著紡絲電壓的升高而減??；PLA納米纖維氈可顯著提高PP紡粘熔噴非織造基布對(duì)小直徑顆粒的過(guò)濾效率，隨著紡絲時(shí)間和納米纖維氈層數(shù)的增加，梯度結(jié)構(gòu)復(fù)合濾料的過(guò)濾效率得到提高，但過(guò)濾阻力呈現(xiàn)上升趨勢(shì)；當(dāng)納米纖維纖維氈層數(shù)為3層、每層紡絲時(shí)間為1.5h時(shí)，復(fù)合濾料對(duì)0.3μm和0.5μm顆粒的過(guò)濾效率分別可達(dá)97.291%和98.862%,但過(guò)濾阻力達(dá)到39Pa。

1.靜電紡PLA梯度復(fù)合濾料的制備及過(guò)濾性能研究

非織造材料具有三維立體網(wǎng)狀曲徑式孔結(jié)構(gòu)，同時(shí)具有高產(chǎn)量、低成本及短生產(chǎn)工藝流程等特點(diǎn)，目前在空氣過(guò)濾領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。傳統(tǒng)非織造過(guò)濾材料（水刺、紡粘和熔噴等）雖然表現(xiàn)出良好的過(guò)濾性能，但受限于纖維直徑較粗（微米級(jí)）和孔徑較大等因素，當(dāng)大氣中固體顆粒物濃度增大時(shí)，其對(duì)微納米級(jí)顆粒的過(guò)濾效果并不理想。降低纖維直徑和減小孔徑可有效提升過(guò)濾材料對(duì)微納米顆粒的捕獲能力，但同時(shí)也會(huì)增加材料濾阻。因此，制備高效低阻的空氣過(guò)濾材料具有重要意義。

靜電紡納米纖維氈具有纖維直徑小、吸附能力強(qiáng)、比表面積大、孔隙率高和孔徑小等特點(diǎn)，對(duì)微納米顆粒的捕獲能力較強(qiáng)，在空氣過(guò)濾領(lǐng)域有著廣闊的應(yīng)用前景。但靜電紡納米纖維氈的強(qiáng)力較低、使用壽命較短，易因大顆粒物阻塞孔徑而失效，同時(shí)為達(dá)到一定的力學(xué)強(qiáng)度增加納米纖維氈的厚度，又會(huì)造成濾阻增大。因此，靜電紡納米纖維氈較難單獨(dú)用作過(guò)濾材料，需利用非織造過(guò)濾材料作為基布以提供支撐及過(guò)濾大顆粒物，并將靜電紡納米纖維氈與其復(fù)合，以制備高過(guò)濾性能和低濾阻的復(fù)合過(guò)濾材料。研究發(fā)現(xiàn)，紡絲電壓對(duì)靜電紡纖維的直徑影響較大，而不同纖維直徑的納米纖維氈的孔徑尺寸、纖維表面效應(yīng)等均影響其過(guò)濾性能。不同纖維直徑的納米纖維氈疊加復(fù)合后制備的多層復(fù)合纖維濾料具有較高的過(guò)濾效率和較低的壓降。因此，將不同纖維直徑的纖維濾料復(fù)合，形成梯度過(guò)濾材料，有利于提高過(guò)濾材料的過(guò)濾效率和降低濾阻。
本研究將聚丙烯（ＰＰ）熔噴紡粘非織造材料作為基布，利用溶液靜電紡絲技術(shù)，以環(huán)境友好型聚乳酸（ＰＬＡ）樹(shù)脂為原料，利用滾筒式接收屏，橫向移動(dòng)注射泵，在ＰＰ非織造材料上直接進(jìn)行靜電紡絲接收，并通過(guò)改變紡絲電壓和紡絲時(shí)間來(lái)調(diào)節(jié)靜電紡納米纖維氈的層數(shù)和纖維直徑，制備出梯度結(jié)構(gòu)復(fù)合濾料，并對(duì)復(fù)合濾料的外觀形態(tài)、孔隙結(jié)構(gòu)和過(guò)濾性能進(jìn)行測(cè)試研究。

2.結(jié)論

（１）ＰＬＡ納米纖維氈與ＰＰ紡粘熔噴非織造基布復(fù)合制備的梯度過(guò)濾材料可顯著提高對(duì)０.３μｍ和０.５μｍ直徑顆粒的過(guò)濾效率。

（２）當(dāng)納米纖維氈層數(shù)固定時(shí)，隨著紡絲時(shí)間的增加，梯度過(guò)濾材料的厚度增大，對(duì)０.３μｍ和０.５μｍ顆粒的過(guò)濾效率有較大的提升，但過(guò)濾阻力隨之增加；當(dāng)每層納米纖維氈紡絲時(shí)間固定時(shí)，隨著納米纖維氈層數(shù)的增加，梯度過(guò)濾材料的厚度增大，對(duì)０.３μｍ和０.５μｍ顆粒的過(guò)濾效率也有較大的提升，但過(guò)濾阻力也隨之增加；當(dāng)納米纖維氈層數(shù)為３層，每層紡絲時(shí)間為１.５ｈ時(shí)，復(fù)合濾料對(duì)０.３μｍ和０.５μｍ直徑顆粒的過(guò)濾效率分別提升了１０.８％和６．２％。

（３）納米纖維氈層數(shù)和每層紡絲時(shí)間對(duì)梯度過(guò)濾材料的孔徑分布有顯著影響。隨著紡絲時(shí)間的延長(zhǎng)，梯度復(fù)合材料的平均孔徑呈減小趨勢(shì)；當(dāng)納米纖維氈層數(shù)為３層，紡絲時(shí)間為１.５ｈ時(shí)，梯度復(fù)合濾料的平均孔徑、最大孔徑和最小孔徑均有較大程度減小。