静电纺丝纳米纤维膜在过滤领域的应用研究

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静电纺丝技术的影响因素及应用研究综述

静电纺丝技术的影响因素及应用研究综述

静电纺丝技术的影响因素及应用研究综述静电纺丝技术是一种利用高电压将高聚物溶液或熔体喷射到地面或异极上,使高分子物质在电场作用下形成纤维的工艺方法。

这种技术可以制备直径几百纳米的纤维,因此被广泛应用于纺织、过滤、医药、环保等领域。

静电纺丝技术的影响因素包括原料性质、纺丝工艺参数、环境因素等,这些因素对纤维的形貌、尺寸和性能都有显著影响。

本文将对静电纺丝技术的影响因素及应用研究进行综述,以期为相关领域的研究提供参考。

一、影响因素1. 原料性质原料的性质对静电纺丝的纤维形貌和性能有重要影响。

一般来说,溶液浓度、表面张力、导电性等因素都会影响纤维的形态和尺寸。

溶液浓度过高会使得纤维变粗,而表面张力过大则会导致纤维断裂。

在静电纺丝工艺中,需要对原料进行适当的处理和选择,以满足所需的纤维性能要求。

2. 纺丝工艺参数静电纺丝的工艺参数包括电压、流量、喷射距离等,这些参数会直接影响纤维的形貌和尺寸。

一般来说,电压越高,纤维的直径越小,喷射距离越远则会使纤维变粗。

在静电纺丝过程中,需要对工艺参数进行合理调节,以获得所需的纤维形态和尺寸。

3. 环境因素静电纺丝的环境因素对纤维的形态和性能也有一定影响。

温度和湿度会影响纤维的拉伸性能和断裂强度。

在制备纳米纤维时,一般需要在相对较干燥的环境中进行,以减少纤维的断裂和变形。

二、应用研究1. 纺织应用静电纺丝技术可以制备直径几百纳米的纤维,因此在纺织领域有广泛应用。

利用静电纺丝技术可以制备纳米纤维布料,具有较好的透气性和过滤性能,可以用于防护服、口罩等领域。

2. 医药应用3. 环保应用静电纺丝技术可以制备高效过滤材料,具有较好的分离效果和稳定性,可用于环境污染物的捕捉和分离。

利用静电纺丝技术可以制备纳米纤维滤膜,具有较高的比表面积和孔隙率,可用于废水处理、空气净化等领域。

静电纺丝技术是一种重要的纳米材料制备方法,具有广泛的应用前景。

在静电纺丝技术的研究和应用中,需要重点关注原料性质、工艺参数和环境因素对纤维的影响,以提高纤维的形态和性能。

静电纺纳米纤维的过滤机理及性能

静电纺纳米纤维的过滤机理及性能

静电纺纳米纤维的过滤机理及性能摘要:纳米纤维将来最广泛的用途之一是用于过滤材料。

利用静电纺丝方法能够得到直径为几十或几百纳米的纳米级纤维,形成的纤维毡重量轻,渗透性好,比表面积大、孔隙率高、内部孔隙的连通性好,很适合用作过滤材料。

在基布上铺上纳米纤维层复合后,基布的过滤效率可明显提高,纳米纤维层的孔径比基布约小两个数量级,并且纳米纤维层孔径分布均匀、离散度小。

关键词:静电纺丝;纳米纤维;过滤性能近年来,通过静电纺丝制造纳米纤维较为流行。

静电纺丝提供了一种制造纳米纤维的便捷途径,生产纳米纤维所需聚合物的量可小至几百毫克。

静电纺纳米纤维在众多领域有着广泛的用途,不仅可以用作过滤材料,也可以用于组织工程、人造器官、药物传递和创伤修复等。

但是目前只有在过滤方面的应用稍微成熟,因纳米纤维网强力太低,一般需要熔喷、纺粘、针织布等基布支撑,这样形成的复合过滤材料既克服了纳米纤维强力小的缺点,又发挥了其优越的过滤性能。

DOSHI研究发现,夹入纳米纤维于熔喷与纺粘织物之间做成的过滤材料比传统的商业过滤器更能有效地排除超细微粒。

甚至以纳米纤维为夹层的过滤材料,因为高表面积和低重量,仅仅用重量是原来1/15的这种复合过滤材料就能达到很好的过滤性能[1]。

本文简要介绍了静电纺纳米纤维的发展、基本理论、纺丝工艺参数对静电纺丝的影响,以及非织造织物的过滤机理、结构和性能参数,对静电纺纳米纤维在过滤材料方面的应用研究现状进行综述分析。

1.静电纺丝1.1静电纺丝的发展历程及国内外现状水平静电纺最早出现在20世纪初期。

1917年,Zeleny J阐述了静电纺丝的原理[2]。

1934年,Formhals申请了制备聚合物超细纤维的静电纺丝装置专利[3];1966年,Simons申请了由静电纺丝法制备超薄、超细非织造膜的专利[4];1981年,Larrondo等对聚乙烯和聚丙烯进行了熔融静电纺丝的研究[5];1995年,Reneker研究组开始对静电纺丝进行研究,静电纺丝迅速发展[6];1999年,Fong等对静电纺丝纳米纤维串珠现象及微观结构作了研究[7-8];2000年,Spivak等首次采用流体动力学描述静电纺丝过程,并且提出了静电纺丝的工艺参数[9-10];2004年,捷克利贝雷茨技术大学与爱勒马可公司合作生产的纳米纤维静电纺丝机问世。

静电纺丝技术及其应用研究

静电纺丝技术及其应用研究

静电纺丝技术及其应用研究一、引言静电纺丝技术是一种利用电荷激发聚合物液体变成细纤维的方法,由于其简单、高效、低成本等优势,在纺织、生物医学、能源领域等得到广泛应用和研究。

本文将从静电纺丝技术的原理、纺丝过程、纤维特性以及应用领域等方面进行深入探讨。

二、静电纺丝技术的原理与纤维形成机制静电纺丝技术利用电荷作用将聚合物液体通过纺丝喷嘴喷射到基底上,通过电荷相互作用来形成纤维。

在电场的作用下,聚合物溶液中的分子会受到电荷的影响而变形,聚合物链会被电荷排斥并随之形成纤维。

纤维的直径和形状可以通过控制喷嘴距离、电压、液体流速等参数进行调节。

三、静电纺丝技术的纺丝过程静电纺丝技术的纺丝过程主要包括聚合物溶液的制备、喷丝装置的设计以及纤维收集等步骤。

首先,将聚合物溶解在适当的溶剂中制备成溶液。

接着,通过高压泵将聚合物溶液推送至喷嘴,在喷嘴的作用下形成细纤维,并通过电荷作用使纤维凝固。

最后,通过电极或转盘等方式将纤维收集起来。

四、静电纺丝技术的纤维特性静电纺丝技术制备的纤维具有许多独特的特性。

首先,纤维直径可调节,从几纳米到几百微米都可以制备。

其次,纤维表面光滑,纤维之间结构紧密,具有较高的比表面积。

此外,静电纺丝技术还可以制备多孔性纤维,具有较好的机械性能和生物相容性。

五、静电纺丝技术在纺织领域的应用研究静电纺丝技术在纺织领域有着广泛的应用。

例如,利用静电纺丝技术可以制备出纳米纤维膜,用于制备高性能滤料、阻燃材料等。

此外,静电纺丝技术还可以制备出具有特殊功能的纤维,如抗菌纤维、防紫外线纤维等。

此外,在服装领域,静电纺丝技术还可以制备出具有高透气性和柔软度的纤维,提升穿着的舒适性。

六、静电纺丝技术在生物医学领域的应用研究静电纺丝技术在生物医学领域也有着广泛的应用。

例如,利用静电纺丝技术可以制备出纳米纤维支架,用于组织工程和药物释放等。

此外,静电纺丝技术还可以制备出具有控释功能的纤维载体,用于缓释药物。

此外,在伤口敷料和人工皮肤的制备中,静电纺丝技术也发挥了重要作用。

微纳米纤维的研究与应用开辟新的技术领域

微纳米纤维的研究与应用开辟新的技术领域

微纳米纤维的研究与应用开辟新的技术领域微纳米纤维是指纤维的直径在微米(微米,即百万分之一米)或纳米(纳米,即十亿分之一米)尺度范围内的纤维材料。

由于其纤细的直径和高比表面积,微纳米纤维具有独特的物理、化学和生物学特性,在众多领域具有广阔的应用前景。

本文将重点探讨微纳米纤维的研究和应用,以及其在各领域中所带来的创新和突破。

一、微纳米纤维的制备技术1. 静电纺丝技术静电纺丝技术是目前制备微纳米纤维最常用的方法之一。

该技术通过将高分子溶液通过高电压作用下的电纺丝装置喷射出纤维,在风力或电力作用下,纤维在空中形成纤维网,并最终沉积在接收器上。

静电纺丝技术具有制备简单、成本低廉等优点,已广泛应用于纺织、过滤、医疗等领域。

2. 模板法模板法是通过在纳米尺度尺寸的模板上沉积材料,再移除模板得到微纳米纤维的制备方法。

该方法适用于金属、陶瓷、高分子等不同类型的纤维材料制备。

模板法制备的纤维可以具有多种形状和结构,对于一些特殊用途的纤维制备具有较大优势。

二、微纳米纤维的应用领域1. 纺织领域微纳米纤维可以用于制备高性能的纺织材料,如防弹服、防护服和运动服等。

其纤维直径细小,可以增加纺织品的柔软性和透气性,提高穿着舒适感。

微纳米纤维还具有较高的化学稳定性,抗菌性和防紫外线性能,可用于制备功能纺织品。

2. 环境领域微纳米纤维在环境领域的应用主要体现在过滤材料和吸附材料方面。

纤维的高比表面积和丰富的孔隙结构使其成为理想的过滤材料,可以用于空气和水的净化。

此外,微纳米纤维通过调控其表面性质和化学成分,可以实现对污染物的选择性吸附和分离,具有很高的应用潜力。

3. 生物医学领域微纳米纤维在生物医学领域中具有广泛应用前景。

由于其纤细的直径和高比表面积,微纳米纤维可以模拟人体组织的微观结构,用于细胞培养和组织工程。

此外,微纳米纤维还可以用于药物传输和疾病诊断,通过调控纤维的材料和结构,实现药物的缓释和靶向输送。

4. 新能源领域微纳米纤维在新能源领域的应用主要体现在能量存储材料和光伏材料方面。

静电纺丝纳米纤维的工艺原理、现状及应用前景

静电纺丝纳米纤维的工艺原理、现状及应用前景

静电纺丝纳米纤维的工艺原理、现状及应用前景一、本文概述本文旨在深入探讨静电纺丝纳米纤维的工艺原理、现状及应用前景。

我们将详细阐述静电纺丝技术的基本原理,包括其工作原理、操作步骤以及关键影响因素。

接着,我们将概述当前静电纺丝纳米纤维的研究现状,包括纳米纤维的制备技术、性能调控以及应用领域等方面的最新进展。

我们将展望静电纺丝纳米纤维的未来应用前景,分析其在各个领域中的潜在应用价值以及可能面临的挑战。

通过本文的综述,我们希望能够为相关领域的研究人员提供关于静电纺丝纳米纤维的全面了解,并为未来的研究提供有益的参考和启示。

我们也期望能够引起更多研究者对静电纺丝纳米纤维技术的关注,共同推动其在各个领域的广泛应用和发展。

二、静电纺丝纳米纤维的工艺原理静电纺丝是一种利用静电场力将高分子溶液或熔体拉伸成纳米级纤维的技术。

其工艺原理主要涉及到电场力、表面张力和高分子链的缠结作用。

在静电纺丝过程中,高分子溶液或熔体被置于一个强静电场中。

当电场强度足够大时,液体表面电荷密度增加,形成泰勒锥。

随着电荷的不断积累,电场力克服表面张力,使得泰勒锥的尖端形成射流。

射流在电场力的作用下被迅速拉伸,同时溶剂挥发或熔体冷却固化,最终形成纳米级纤维。

在这个过程中,高分子链的缠结作用也起到了关键作用。

高分子链之间的缠结使得纤维在拉伸过程中保持一定的结构稳定性,防止纤维断裂。

缠结作用还有助于纤维在接收装置上的沉积和收集。

静电纺丝技术具有操作简便、纤维直径可控、可制备多种材料等优点,因此在纳米材料制备、生物医用、环境保护等领域具有广泛的应用前景。

通过深入研究静电纺丝纳米纤维的工艺原理,可以进一步优化纺丝过程,提高纤维的性能和产量,为相关领域的科技进步做出贡献。

三、静电纺丝纳米纤维的现状静电纺丝技术自其诞生以来,在纳米纤维制备领域已经取得了显著的进展,并逐渐发展成为一种高效、可控的纳米纤维生产方法。

目前,静电纺丝纳米纤维的研究与应用已经涉及到了众多领域,如环境保护、生物医疗、能源科技、纺织工程等。

静电纺丝纳米纤维技术制备过滤材料研究

静电纺丝纳米纤维技术制备过滤材料研究

静电纺丝纳米纤维技术制备过滤材料研究概述现代工业生产过程中会产生很多废气或废液,其中含有大量的有害物质,这些物质对人体健康造成很大的威胁。

为了保护环境和人类健康,我们需要用一些有效的方法来过滤这些废气或废液。

静电纺丝纳米纤维技术制备过滤材料就是一种有效的方法。

静电纺丝纳米纤维技术是一种常用于制备纳米纤维的技术,它利用高压静电场将聚合物液体喷出成纤维,纤维在空气中经过拉伸变细,最终形成直径在纳米级别的纤维。

这种技术制备出来的纳米纤维具有很多优良的性质,如高比表面积、高孔隙率、高滤过效率等,因此被广泛应用于过滤材料的制备。

制备过程静电纺丝制备纳米纤维的过程主要可以分为以下几个步骤:1.准备聚合物溶液:将所需聚合物与溶剂混合,加热搅拌,使聚合物充分溶解。

2.喷出纤维:将聚合物溶液放在静电纺纺丝设备的进料系统中,然后通过高压静电场将其喷出成纤维。

3.拉伸纤维:纤维在空气中自然拉伸变细,形成直径在纳米级别的纤维。

4.固化纤维:将纤维通入恒温恒湿环境中,使纤维固化。

应用静电纺丝纳米纤维技术制备的过滤材料具有广泛的应用前景,可以用于空气净化、水质净化、医用口罩等方面。

在空气净化方面,静电纺丝纳米纤维过滤材料可以制成高效空气滤清器,有效去除空气中的细小颗粒、有机物和其他有害气体。

在水质净化方面,静电纺丝纳米纤维过滤材料可以制成高效水质净化器,有效去除水中的有害物质,如重金属离子、有机物和微生物等。

在医用口罩方面,静电纺丝纳米纤维过滤材料可以制成高效呼吸防护口罩,有效过滤人体呼出物、细菌和病毒等有害物质,具有很好的防护作用。

结语静电纺丝纳米纤维技术制备的过滤材料具有很好的性能和应用前景。

未来,随着技术不断进步,这种制备技术将会得到更广泛的应用,为我们的生产和生活带来更好的保障。

静电纺丝技术在水处理中的应用研究

静电纺丝技术在水处理中的应用研究

静电纺丝技术在水处理中的应用研究随着人类对水资源的需求不断增加,水污染问题已成为世界面临的重要环境问题之一。

水污染严重影响着人类的生产和生活,因此研究水处理技术是至关重要的。

近年来,静电纺丝技术因其出色的性能在水处理领域备受瞩目。

一、静电纺丝技术概述静电纺丝技术是指利用静电力将高分子材料拉伸成无定形的纤维,并在电场作用下快速凝固而形成纳米级的纤维。

静电纺丝技术由于具有制备工艺简单、纤维细度可控、成本低廉和适用于各种高分子材料等优点而备受青睐。

二、静电纺丝技术在水处理中的应用研究2.1 环境污染物的去除静电纺丝技术可制备出具有高比表面积和较细孔径的纳米级纤维材料。

利用这种材料可以制备出其他吸附剂无法达到的高效吸附剂,对环境污染物进行去除。

例如,利用静电纺丝技术制备的纤维材料可以有效吸附重金属离子和染料等有害物质。

2.2 膜材料制备静电纺丝技术可以在不加压力下制备出大面积超薄且高品质的纳米级膜材料。

与传统制备膜材料的方法相比,静电纺丝技术少了许多步骤和化学试剂,制备的膜材料对水体中的有害物质有更好的去除效果。

因此,利用静电纺丝技术制备的高效膜材料在水处理领域中得到了广泛应用。

2.3 纳米材料的制备静电纺丝技术可用于制备生物纳米材料和无机-有机杂化纳米材料,这些纳米材料具有高比表面积、较小尺寸和良好的结构性能等特点,可以应用于水处理中。

例如,利用静电纺丝技术可制备出中空纳米纤维材料,被应用于水体中有害细菌的去除。

三、静电纺丝技术在水处理中的优势3.1 处理效果好静电纺丝技术所制备的吸附剂和膜材料具有较高的比表面积,能够更好地吸附污染物质,与传统的吸附和过滤技术相比具有更高的吸附容量和较好的去除效果。

3.2 制备工序简单相比较于其他制备高效水处理材料的技术,静电纺丝技术具有制备工序简单、成本低廉、生产效率高等优点。

纤维材料制备过程由于不需要采用激光或紫外光等特殊设备和条件,能够大大降低成本和技术门槛,为推广应用提供了更好的可行性。

静电纺丝材料制备与应用研究进展

静电纺丝材料制备与应用研究进展

静电纺丝材料制备与应用研究进展静电纺丝是一种常用的纳米纤维制备技术,通过利用静电作用将高分子材料或其他纳米材料制备成纳米纤维。

近年来,随着纳米技术的发展和应用需求的增加,静电纺丝材料制备与应用的研究逐渐受到广泛关注。

本文将对静电纺丝材料制备与应用的研究进展进行探讨。

静电纺丝的原理是利用高电压作用下的电场效应,使溶液或溶胶中的材料发生极化,形成纤维状的物质。

制备静电纺丝材料的关键是调控溶液的流动性、表面张力以及电场的强度和方向。

在制备材料时,可以使用单独的高分子溶液,也可以将纳米颗粒或纳米纤维混悬于溶剂中,形成复合材料。

此外,还可以通过调节电压和喷射距离等条件,控制纤维的粗细、形状和排列方式,以满足不同应用的需求。

静电纺丝材料制备技术具有许多优势。

首先,制备过程简单、快速,并且可以制备大面积的纳米纤维薄膜。

其次,纳米纤维的细度可以达到纳米级,且纤维呈现连续性,具有良好的力学性能和特殊的表面形态。

此外,静电纺丝材料还具有较高的比表面积和孔隙率,有利于吸附和释放物质、调控光学、电学、磁学等性能。

因此,静电纺丝材料在能源储存、传感器、过滤材料、组织修复等领域具有广泛的应用前景。

在能源储存领域,静电纺丝材料可以用于超级电容器和锂离子电池的电解质膜。

由于其高比表面积、多孔结构和良好的导电性能,静电纺丝膜可提供更高的电化学活性表面,从而提高电容器和电池的能量密度和循环寿命。

此外,静电纺丝膜还可以用于太阳能电池的薄膜基底,提供较好的光学透明性和力学支撑性。

在传感器领域,静电纺丝材料的高比表面积和可调控的孔隙结构使其具有良好的气体和液体吸附性能。

例如,静电纺丝纳米纤维可以用于制备挥发性有机化合物传感器,通过吸附、扩散和检测挥发性有机化合物的特定分子达到气体传感的目的。

此外,静电纺丝纳米纤维还可以用于制备生物传感器、化学传感器等,用于监测生物标记物、环境污染物等。

在过滤材料领域,静电纺丝材料的高比表面积和细小孔隙结构使其具有良好的颗粒捕获性能。

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部品技术与应用建设科技CONSTRUCTION SCIENCE AND TECHNOLOGY2018年11月上总第371期1 前言随着现代化进程的加快,污染问题也越来越严重。

空气中漂浮的颗粒物浓度超标,由此形成的雾霾天气不仅影响人们的生活,更是严重危害人民的身心健康;水资源的匮乏也使得污水处理问题引起人们的极大关注。

因此,开发出有效拦截污染物的过滤材料是全世界共同的目标。

静电纺制备的纤维直径可达到微纳米级,且纤维直径在一定的程度上可以进行有效调控,大到几微米小到几十纳米。

静电纺丝纳米纤维因其优良的性能被引静电纺丝纳米纤维膜在过滤领域的应用研究方梦珍1 张弘楠1 覃小红1 匡宁2(1.东华大学纺织学院,上海 201620;2.中材科技股份有限公司,江苏南京 210012)[摘要]静电纺丝纳米纤维膜具有很高的比表面积、孔隙率和通透性,在多个领域都有着不可替代的作用,尤其是过滤领域。

本文简要介绍了近年来国内外静电纺丝纳米纤维膜在空气过滤和液体过滤领域中的研究进展。

项目团队在功能型纳米纤维过滤材料研究及产业化方面取得的研究成果,展望了未来在被动式建筑室内空气质量提升方面的应用趋势。

[关键词]静电纺丝;纳米纤维膜;空气过滤;液体过滤;被动式建筑Progress in Application of Electrospun Nanofibrous Membranesfor FiltrationFang Mengzhen 1, Zhang Hongnan 1, Qin Xiaohong 1, Kuang Ning 2(1.College of Textile of Donghua University, Shanghai, 201620; 2.Sinoma Science & Technology Co., Ltd.,Nanjing, 210012, Jiangsu)Abstract : Electrospun nanofibrous membranes enjoy high specific surface area, porosity and permeability, and have an irreplaceable role in many fields, especially in the field of filtration. This review briefly summarizes the progress on application of electrospun nanofibrous membranes in the field of air filtration and liquid filtration in recent years as well as the achievements of the project team in the research and industrialization of functional nanofiber filtration materials. The application trend to improve indoor air quality in passive buildings in the future is prospected.Keywords : Electrospun, nanofibrous membrane, air filtration, liquid filtration, passive buildings入过滤领域,表现出极大的优势。

2 静电纺丝的发展静电纺丝即高分子流体在电场下受到静电力而拉伸成丝的过程,最终固化形成纤维。

其最早可以追溯到18世纪中,一种牛顿流体的静电雾化。

但是真正被世人认可的静电纺丝的开端是1934年Formhals 申请的关于纺丝装置的专利[1-3],这是首次利用高压静电制备纤维的装置,其专利详细描述了高分子溶液如何在高压DOI: 10.16116/ki.jskj.2018.21.014总第371期建设科技部品技术与应用静电场中形成射流。

随后很长一段时间内,科研人员在静电纺丝的装置上做了大量的研究,发明了一系列的专利,但引起的关注并不大。

直到20世纪90年代,随着纳米技术的发展,静电纺丝工艺作为一种简便有效地制备纳米纤维的方法引起人们的广泛关注。

美国阿克隆大学Reneker 团队对静电纺丝的纺丝过程,射流变化,纤维形态以及机械性能做了深入的研究[4-7]。

静电纺丝进入蓬勃发展的阶段,静电纺丝的研究主要分为四个方面:(1)不同聚合物的可纺性研究,工艺参数的影响和优化;(2)静电纺纳米纤维结构的调控;(3)静电纺纳米纤维的应用;(4)静电纺的批量化生产问题。

文章数量的增长速度达到每年两倍,到了最近几年,每年2000多篇文章被发表出来。

现如今已经有100多种天然的、合成的高分子聚合物被纺成微纳米纤维。

静电纺丝制备的纤维直径小,比表面积大,相对密度小,成膜后具有三维结构,有较高孔隙率,因而具有良好的过滤性、阻隔性、透气性和稳定性等。

根据纳米纤维膜的这些显著特征,其被广泛应用于过滤[8]、组织工程[9-10]、传感器[11-12]和防护[13-14]等方面,尤其是在过滤领域有着不可忽视的优势。

与熔纺相比,静电纺丝单个喷头的产量约是商业高速熔纺工艺的千分之一,约为0.01~0.1 g/h ,由于静电纺丝喷头之间电场相互干扰,高速熔纺中多喷头的排布方式也不再适用于静电纺丝,并且普通静电纺亚微米纤维粗细分布不均,孔隙大小也不均一,这抑制了纳米纤维膜在商业中的应用。

随着各类高产量静电纺丝喷头的出现,国内外逐渐涌现出一批开发静电纺丝亚微米纤维中试机及生产线的厂家,美国、捷克、日本和韩国等都致力于实现静电纺丝的产业化生产。

但是,目前市面上的各类静电纺丝中试机及生产线大多采用多针头纺丝组件,提高静电纺丝产能有限,且得到的亚微米纤维直径分布跨度很宽。

同时,多针头纺丝供液设备复杂、针头易堵塞等技术问题,导致无法连续生产。

以Elmarco 为代表的少数公司则开发了无针式多射流静电纺丝喷头静电纺丝生产线,有效地改善了多针头式生产设备面临的部分技术难题。

然而,上述静电纺丝设备需要面对的另外一个重要的工艺问题则是喷头的组装,因为静电纺丝喷头之间电场相互干扰,高速熔纺中多喷头的排布方式不再适用于静电纺丝。

东华大学覃小红团队[15]设计开发了相位补偿式成网静电纺丝连续生产线,采用相对静止电场设计方案,实现射流在纺程中电场稳定;采用金字塔形自由液面纺丝喷头,实现了高速横移纺丝液面形态持续稳定;采用纵、横向张力协调控制技术,实现基布在静电纺丝工作区域中平整,保证纤网在CD 方向和MD 方向都无折痕,提高产品稳定性和使用性能。

该生产线的生产率约为200 m 2/h ,比传统的单针静电纺丝高出数百倍,极大地推动了静电纺丝纳米纤维产业化的进程。

此外,利用该生产线生产出的各种纳米纤维膜纤维直径离散小,分布均匀,在过滤领域取得不错的效果[16-17]。

3 静电纺纤维膜在过滤领域的应用纤维过滤器由于其结构简单和材料成本低而被广泛应用于过滤领域。

早在第一次世界大战时就出现了以石棉纤维作为滤料的防毒面具[18]。

通常情况下,过滤效率与过滤材料中纤维的细度有紧密的关系,当纤维直径≤ 0.5 μm 时,在压降不变的前提下,可有效提高纤维网的过滤效率。

一般非织造无纺基布的纤维直径为~12 μm ,而亚微米纤维直径为~250 nm ,两者相差约两个数量级。

静电纺纳米纤维纤维直径小,孔隙率高,在过滤方面有着广泛的应用前景。

根据过滤介质的不同,一般将过滤分为空气过滤和液体过滤。

目前静电纺纳米纤维在过滤领域主要应用在空气过滤和液体过滤,通过将杂质截留在膜的表面或者内部以达到净化目的。

3.1 空气过滤早在2007年Yun [19]等就证实了静电纺纳米纤维膜比之商用过滤膜在空气过滤方面有着明显的优势。

他们利用静电纺丝的方法制备出了平均直径在270~400nm 的聚丙烯腈(PAN )纳米纤维膜。

与传统的由聚烯烃和玻璃纤维制成的商用过滤器相比,静电纺制备的纳米纤维直径更均匀。

测量纳米颗粒通过过滤器的渗透结果表明,静电纺丝纳米纤维膜制备的过滤器的过滤效率是纳米纤维膜厚度的函数,在与商业过滤器具有相同的过滤效率时,所需要的纤维膜的厚度更小质量更轻。

聚酰胺(PA )[20]、聚碳酸酯(PC )[21]、聚醚砜(PES )[22]等多种静电纺丝纳米纤维过滤膜材料也相继被开发出来,其空气过滤性能均超过市场商业用过滤膜,几种静电纺丝纳米纤维膜的空气过滤性能如表1所示[23]。

但单一的纳米纤维膜普遍存在着随着纤维膜厚度增加滤效增加,滤阻也成指数增加的问题,随之还有纳米2018 No.21方梦珍等:静电纺丝纳米纤维膜在过滤领域的应用研究部品技术与应用纤维膜强度不高,不耐酸碱,不耐高温,容尘量少,寿命短,这就限制了膜过滤材料的使用范围。

现如今空气过滤用静电纺丝纳米纤维的研究集中在如何做到高效低阻;利用复合,改性或涂覆的方式以提高耐性,扩大适用范围;空气过滤用纳米纤维膜的多功能化,例如抗菌。

Gao等[17]通过可控制的多喷射自由表面静电纺丝制备出由三元结构组成的复合纳米纤维膜,包括支架纳米纤维,微球和薄纳米纤维。

微球增大了纤维间的空隙,降低了压降,直径为84nm的薄纳米纤维与支架纳米纤维交织在一起,提高了空气中颗粒的碰撞概率,保证了过滤性能。

所制备的复合膜显示出对NaCl气溶胶颗粒的过滤效率达99.99%,压降为126.7Pa。

Zhang等[24]以聚酰亚胺(PI)作为原料利用静电纺丝制备出了具有高热稳定性的纳米纤维膜,在25℃~370℃时,聚酰亚胺纳米纤维空气过滤器能够保持>99.5%的过滤效率,同时压降非常低,在现场试验中表明PI纳米纤维膜可以在高温下有效去除汽车尾气中的99.5%的PM颗粒物。

Lin等[25]通过静电纺丝制备出离子液体二乙基磷酸二氢铵(DEAP)改性的PAN纳米纤维,DEAP具有高粘度和亲水性,DEAP的改性有效地改变了PAN 纳米纤维的形态(粗糙度)和表面性质(亲水性),使得PAN/DEAP纳米纤维膜在封闭的静态系统中具有优异的PM2.5捕获能力。

Fang等[26]用大豆分离蛋白(SPI)/聚乙烯醇(PV A)体系静电纺丝制备了一种可生物降解的多功能空气过滤膜,纳米纤维膜的最佳材料比和面密度的加载过滤效率可达99.99%,并且显示出对大肠杆菌的抗菌活性。

实验证明具有适当材料成分和微观结构的SPI/PV A混合纳米纤维膜可用作新型高性能环保过滤材料。

Choi等[27]通过静电纺丝技术合成的草药提取物掺入(HEI)纳米纤维及其在抗菌空气过滤中的应用有效的空气过滤器,过滤效率为99.99%,对表皮葡萄球菌的抗菌活性为99.98%。

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