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常温空气滤料生产工艺的研究进展(3)
作者:网站采编关键词:
摘要：4 静电纺丝工艺 聚合物静电纺丝技术是指将聚合物流体通过静电作用进行雾化，分裂形成微小射线流体，再通过粘合作用复合在支撑体上形成纤维网的技术
4 静电纺丝工艺
聚合物静电纺丝技术是指将聚合物流体通过静电作用进行雾化，分裂形成微小射线流体，再通过粘合作用复合在支撑体上形成纤维网的技术。从图16 可以看出，静电纺丝首先是聚合物喷头与支撑体之间形成一个静电场，根据同种电荷相互排斥的原理，流体液所受静电作用的方向与其表面张力方向相反，当两者力量相等时，在喷口处会形成半球状的小液滴，増 大静电作用，使得液滴被拉伸成锥状，即Taylor 锥。继续增大静电作用，超过一个临界值后，静电作用克服Taylor 锥的表面张力和黏滞力，形成射流，射流按要求凝聚在支撑体上形成过滤材料[21-23]。
图16 静电纺丝技术示意图
AHN[24]等利用静电纺丝技术制成了尼龙6 过滤材料，他发现溶液质量分数对纤维直径影响很大，质量分数为15%，静电纺纤维的平均直径为80 nm，但有许多珠子，质量分数增加到24%后，纤维直径逐渐变厚到200 nm，且没有珠粒，见图17。将静电纺滤料与HEPA 滤料进行了对比，在风速5 cm·s-1、0.3 μm 的测试颗粒条件下，静电纺滤料过滤效率可以达到99.993%，远高于HEPA 滤料，见图18 。
图17 不同质量分数的尼龙6 静电纺滤料的SEM 图
图18 静电纺滤料与HEPA 滤料过滤效率对比图
ZHANG[25]等将不同直径的聚对苯二甲酸乙二酯（PET）纤维作为PA-6 纳米纤维静电纺的接收层，通过调整PET 纤维的直径和间隙，制备出了具有蛛网结构的过滤材料，见图19。
图19 不同直径的PET 的截面SEM 图
这个制作工艺过程描述为嵌入的聚酯纤维丝引起的散射，形成类波结构的“褶板”现象。针对300～500 nm 的空气中的颗粒，其过滤效率达到99.996%，过滤阻力降低到95 Pa。这种材料在呼吸器、医疗设备、发动机等领域将会具有很强的竞争力。
静电纺丝工艺先进独特，对生产的纤维直径以及分布控制精确度高，因此可根据不同需求制备小孔径、高孔隙率的纤维网，非常适合制备常温过滤材料。
5 驻极工艺
驻极工艺是指通过静电法、热极化法、电晕法等方式，将以聚合物为主的有机驻极体材料制作成能够在一定时间内储存偶极电荷和空间电荷的电介质材料的工艺。驻极过滤材料的过滤作用一部分是通过材料结构上基础的物理拦截过滤，另一部分是通过材料纤维上的静电作用进行粉尘颗粒捕捉，因此提高过滤的同时却没有增加阻力。驻极纤维材料具有效率高、阻力低、价格便宜等特点，成为了最有应用前景的常温过滤材料之一[26-27]。
程博闻[28]等分别将不同含量的电气石颗粒与PP混合，然后制作成无纺布，再通过电晕充电的方式对纤维网进行驻极处理，最后制得驻极熔喷无纺布。结果发现，这些驻极无纺布随着电气石质量分数的增加，过滤效率出现先增加后减小的效果，其中效率最高无纺布的电气石质量分数为6%。原因是由于驻极而产生的静电效应, 大大提高了材料的静电吸附能力，捕捉粉尘颗粒能力提高，从而提高了整体材料的过滤效率，但随着电气石颗粒质量分数的增加，过多的颗粒使得其在纤维中分散不均匀，从而影响了电荷的储存量，进而又降低了颗粒捕捉能力，过滤效率也降低了。YEOM[29]等将加入勃姆石纳米颗粒的PA 溶液，电纺成平均直径73～90 nm 的纤维材料，用电晕充电的方式对纳米纤维网进行充电，使之成为驻极材料，微观纤维形貌见图20，实验结果表明见图21。当过滤阻力大于25 Pa 后，含有勃姆石的PA6驻极纳米纤维网的过滤效率比纳米纤维网高出2 倍。
驻极体过滤材料高效、低阻、节能、抗菌的优点使之在空气净化领域的应用越来越多，民用领域中主要运用在空调净化系统和呼吸防护口罩中，军事领域中应用于潜艇和封闭型水面舰艇的舱室、弹药仓库、坑道等场所的空气净化中[30-31]。
图20 含有勃姆石PA6 驻极纳米纤维网SEM 图
图21 含勃姆石纤维网过滤效率图
6 覆膜工艺（粘合/超声波覆合/喷涂）
常温滤料中的覆膜工艺主要指的是覆合PTFE微孔馍。PTFE 微孔膜表面形态是具有蛛网状的微孔结构，具有孔径小、孔隙率大、表面张力低等特点。同时，PTFE 微孔膜具有良好的化学稳定性、耐酸碱腐蚀性以及憎水性等性能。但PTFE 微孔膜薄且软，机械强力差，在实际运用中必须有相应的支撑材料共同作用。常温覆膜滤料选用的支撑材料一般为PET、PP、PE 等，而覆合方式基本为热压、粘合、超声波覆合。
文章来源：《世界复合医学》 网址: http://www.sjfhyx.cn/qikandaodu/2021/0510/1271.html