过滤用纳米蛛网纤维的研究发展

对纳米蛛网纤维的形态特征及形成机理进行了探讨。纳米蛛网纤维是以普通静电纺纤维薄膜为基材,具有二类网状纤维材料,其结构类似于蜘蛛网。网状纤维材料的直径平均在20nm以下,在数量上比电纺纤维要小1个等级。并且对影响形态结构的因素,从纺丝液溶液浓度、溶液电导率以及纺丝工艺参数如加电压、接收距离等方面进行分析,纳米蛛网纤维所特有的形态特征赋予了其许多特殊的性能,其应用领域也在逐步增加,特别是在过滤领域越来越被科研人员所重视。这种纤维膜的比表面积非常大,而且它的蛛网状结构使其孔隙结构和一般静电纺纳米纤维膜的孔隙结构是不一样的。这种高比表面积和特殊的气孔结构,使纤维膜在过滤方面表现优异。后市行情发展前景十分乐观。

双喷静电纺聚酰胺6/聚酰胺66纳米蛛网纤维膜的制备及其空气过滤性能

为提高聚酰胺6/聚酰胺66纳米蛛网纤维膜(NSFM)的过滤性能,采用双喷静电纺制备了聚酰胺6/聚酰胺66纳米蛛网纤维膜,研究了纺丝液中Ca Cl2的质量分数、电压、环境湿度等参数对蛛网覆盖率及纤维形态的影响;将NSFM与导电布组成复合膜,分析了蛛网覆盖率和NSFM面密度对复合膜空气过滤性能的影响。结果表明,当Ca Cl2的质量分数为2%,纺丝电压为20.0 k V,环境湿度为40%时,蛛网覆盖率最高;随着蛛网覆盖率的增加,过滤品质因子提高;NSFM的面密度为0.5 g/m2时,复合膜的综合过滤效果最好。

纳米蛛网纤维材料的可控构筑与应用

静电纺丝技术以可纺原料广泛、工艺调控灵活、纺丝成本低廉等优点,已成为有效制备纳米纤维材料的重要方法之一。常规静电纺纤维的直径大多分布在100～500 nm之间,只属于纳米级纤维,并非真正的纳米材料,而仅当纤维的直径低于50 nm时其才具有显著的纳米效应。但就现有静电纺丝技术而言,难以实现50 nm以下纳米纤维的宏量制备,从而制约了其进一步的发展应用。纳米蛛网纤维是在静电纺丝过程中偶然获得的一种新型二维网状材料,其以常规静电纺纤维为支架,具有类似蜘蛛网、肥皂泡的六边形网孔结构,网状纤维直径可达5～50 nm,较常规电纺纤维低一个数量级。纳米蛛网不仅具备普通纳米纤维的优点,还展现出以下四方面特性:(1)超细的蛛网直径;(2)极高的孔隙率和多尺度的孔径分布;(3)稳定的Steiner最小树网孔结构;(4)可控的蛛网覆盖率。纳米蛛网独特的结构和性质引起了研究者的广泛关注,已成为近年来纳米材料科学领域的研究热点。目前,研究者制备出了以聚酰胺6(PA6)、聚丙烯酸(PAA)、聚乙烯醇(PVA)、聚丙烯腈(PAN)、聚氨酯(PU)、壳聚糖(CS)、卵磷脂等为聚合物模板的一系列纳米蛛网纤维材料,并提出了离子诱导纤维分裂成形、分子间氢键成形、次级射流缠绕成形、带电小液滴相分离成形等四种纳米蛛网成形机制。然而,纳米蛛网形态结构的精细调控十分复杂,对纺丝液本征属性(浓度、电导率、表面张力、溶剂组成)、加工参数(电压、接收距离)和环境因素(温度、相对湿度)具有高度敏感性和依赖性,导致实际纺丝过程中能否形成蛛网仍存在较大的偶然性;另一方面,有关纳米蛛网成形理论尚无统一而明确的机制。因此,需要对该材料进行全面的总结与分析,以期推动纳米蛛网纤维的可控构筑与深度开发。本文阐述了纳米蛛网的基本特征,探讨了纳米蛛网形态生成与演变的四种机理,系统研究了原液特性、工艺参数和环境条件对其形态结构的影响规律,并对纳米蛛网在精细过滤、传感器、组织工程、高性能防护服等领域的应用进行了介绍,最后提出了今后的研究展望。

静电纺聚酰胺6纳米蛛网纤维膜的可控制备

纳米蛛网纤维膜由普通静电纺纤维和类似蜘蛛网形态的超细蛛网纤维组成。采用静电纺丝工艺在不同聚酰胺6(PA 6)和氯化钡质量分数条件下制备纳米蛛网纤维膜。通过扫描电子显微镜(SEM)观察纤维膜的表观形貌,计算纳米纤维直径、蛛网纤维直径和蛛网覆盖率。结果表明:随着PA 6质量分数的提高,纳米纤维和蛛网纤维的直径均逐渐增大,适中的PA 6质量分数有助于获得较高的蛛网覆盖率。随着氯化钡质量分数的提高,纳米纤维的直径增大而蛛网纤维的直径几乎不变,蛛网覆盖率先升高后降低。

PAN纳米蛛网/串珠纤维复合滤膜的设计及其过滤性能分析

以聚丙烯腈(PAN)为原料,通过静电纺丝技术制备了三明治结构纳米蛛网/串珠纤维复合滤膜,研究了纳米蛛网/串珠纤维复合质量比、滤膜面密度和测试风速对过滤性能的影响。结果表明:随着串珠纤维含量的增加,过滤效率和过滤阻力先减小后增大,品质因子则先升高后降低;过滤效率随滤膜面密度的增大而增速放缓,过滤阻力则大幅上升,因此品质因子先上升后下降;随着测试风速的上升,纳米蛛网/串珠纤维复合滤膜的过滤效率略有下降,过滤阻力线性增加,品质因子逐渐减小,但始终高于蛛网纤维膜和串珠纤维膜的品质因子。

纳米级蛛网纤维膜的制备与空气过滤性能研究

探讨PA6纳米级蛛网纤维膜的可控制备及其空气过滤性能。采用静电喷网技术构筑PA6纳米级蛛网纤维膜,研究了溶液质量分数和BaCl2添加量对纤维膜形貌结构、过滤效率及阻力压降的影响,并与PA6纳米级纤维膜进行了对比。结果表明:随着PA6溶液质量分数的提高或BaCl2含量的增加,蛛网覆盖率先上升后下降,过滤效率和阻力压降均逐渐降低;PA6溶液质量分数15%、BaCl2含量1%时,纳米级蛛网纤维膜的过滤品质因子最高;纳米级蛛网纤维膜的表面过滤方式使其容尘量大于纳米级纤维膜,且可重复利用性良好。认为:高蛛网覆盖率和稳定的三维曲孔空腔结构是纳米级蛛网纤维膜具有高滤效、低压阻和大容尘量的关键,可应用于空气过滤领域。

功能微纳米聚合物纤维材料

纤维直径细化带来的尺寸效应和表面效应赋予微纳米纤维许多独特的性质,使其成为当前纤维材料领域研究的重点和前沿.在众多的微纳米纤维加工方法中,静电纺丝法因具有可纺原料种类丰富、纤维结构可调性好、多元技术结合性强等优势而成为当前制备微纳米聚合物纤维的重要方法之一.近年来,本课题组在静电纺微纳米聚合物纤维材料的可控加工及应用方面开展了系列研究,本专论主要介绍了其中关于超细纳米蛛网材料、致密粘连微纳米纤维膜、多级网孔纤维气凝胶的结构成型机制及其特效应用方面的工作,并对功能微纳米聚合物纤维材料的未来发展方向进行了展望.