静电纺纳米级纤维复合膜及其过滤性能_康卫民
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PAN纳米纤维多孔膜的微观结构与过滤性能
修 回 日期 ：０ １ ０ ０ ２ １ — ３— ８
基 金 项 目 ： 育 部 长 江 学 者 与 创 新 团队 发 展 计 划 （Ｒ ６ ４ ； 江理 工 大 学研 究 生 创 新 基金 （ Ｃ ．１０ ３ 教 ＩＴ０５ ） 浙 Ｙ Ｘ Ｓ ００ ） 作者 简介 ： 怀云（９４ ） 常 １ ８－ ，女 ，硕 士 生 。主要 研 究 方 向 为 纳 米 纤 维 与 纳 米 复 合 材 料
纳 米纤维 多 孔 膜 ， 最 易 渗 透 粒 径 （ Ｐ ） 测 试 用 ＭＰ Ｓ 法
１ ．６ｍ ／ ， ７０ ｇ 同时 它 的过 滤效 率最 高 ， 过 滤 速 度 为 ５ ３ｃ ／ ， 验 颗 粒 尺 寸 为 ０ ０ 在 ． ｍ ｓ 实 ． ６～０ ４ ｍ 时 ， 过 滤 效 率 在 ．３ 其
９ ． ％ ～ ９ ９ ３ 之 间 ， 易 渗透 粒 径 约 为 ０ １ ｍ。 ９９ ９ ．９ ％ 最 ．４ 关 键 词 静 电纺 丝 ；纳 米 纤 维 ； 滤 性 能 ； 易 渗 透 粒 径 法 过 最
到高效空气 过滤 介质 、 高通 量超 滤 膜 、 凝结 过 滤
器 、 化过滤器 、 催 离子交 换过滤介质 等 。
伸 速率 为３ｍ ／ ｉ。 ｍ ｍ ｎ
１ ３ ４ 过 滤 性 能 测 试 ．．
聚丙 烯腈 （ Ａ 由于 其 良好 的耐 溶 剂性 、 老 Ｐ Ｎ） 耐 化性 及绝 缘性 ， 常 适 合 作 过滤 材 料 。本 文 利 用不 非 同质量分 数 的 Ｐ Ｎ 纺丝 液 经 静 电纺丝 制 备 了 Ｐ Ｎ Ａ Ａ
静电纺PAN纳米纤维多孔膜的微观结构与过滤性能
静电纺PAN纳米纤维多孔膜的微观结构与过滤性能常怀云;许淑燕;应黎君;宋叶萍;李妮;熊杰【摘要】Polyacrylonitrile ( PAN ) nanofibrous porous membranes were prepared by electrospinning of PAN solutions with different mass concentrations and then characterized by morphology, diameter of fiber, porosity and specific surface area, mechanical properties and filtration efficiency. The results show that the average diameter of the nanofibers increases as the mass concentration of spinning solutions increases, but the porosity and specific surface area, and filtration efficiency of the corresponding nanofibrous porous membranes decrease. In comparison, the porous fibrous membrane which was electrospun from the solution with 10% mass concentration presents a quite high porosity and specific surface area, which are respectively 51.40% and 17.06 m2 /g; moreover, it also displays the best filtration efficiency among all the samples. When the filtration rate is 5. 3 cm/s and experimental particle size is 0. 06 ~0. 43 μm, its filtration efficiency is between 99. 9% and 99. 993% , and the most easily penetrating particle size is about 0. 14 μm.%将不同质量分数的聚丙烯腈( PAN)纺丝液进行静电纺丝,制备了PAN纳米纤维多孔膜,并对静电纺PAN纳米纤维膜的形貌、纤维直径、孔隙率和比表面积、力学性能以及过滤性能进行表征和测试.结果表明,随着PAN质量分数的增加,纤维的平均直径明显增加;对应的静电纺多孔纤维膜的孔隙率和比表面积都减小、过滤效率降低.其中,由PAN质量分数为10％的纺丝液制备的多孔纤维膜具有较高的孔隙率和比表面积,分别为51.40％和17.06 m2/g,同时它的过滤效率最高,在过滤速度为5.3 cm/s,实验颗粒尺寸为0.06 ～0.43 μm时,其过滤效率在99.9％～99.993％之间,最易渗透粒径约为0.14 μm.【期刊名称】《纺织学报》【年(卷),期】2011(032)009【总页数】4页(P1-4)【关键词】静电纺丝;纳米纤维;过滤性能;最易渗透粒径法【作者】常怀云;许淑燕;应黎君;宋叶萍;李妮;熊杰【作者单位】浙江理工大学先进纺织材料与制备技术教育部重点实验室,浙江杭州310018;杭州职业技术学院艺术系,浙江杭州310018;浙江理工大学先进纺织材料与制备技术教育部重点实验室,浙江杭州 310018;浙江朝晖过滤技术有限公司,浙江嘉兴314511;浙江理工大学先进纺织材料与制备技术教育部重点实验室,浙江杭州310018;浙江理工大学先进纺织材料与制备技术教育部重点实验室,浙江杭州310018【正文语种】中文【中图分类】TS151.9静电纺丝技术是利用聚合物溶液或熔体在静电作用下进行喷射拉伸而获得连续性纤维的纺丝方法。
静电纺丝纳米纤维在过滤材料中的应用研究进展
静电纺丝纳米纤维在过滤材料中的应用研究进展I. 概览随着科技的不断发展，静电纺丝纳米纤维作为一种新型的过滤材料受到了广泛关注。
静电纺丝纳米纤维具有尺寸均匀、比表面积大、孔隙结构可控等优点，因此在空气过滤、水过滤、生物膜等领域具有广泛的应用前景。
本文将对静电纺丝纳米纤维在过滤材料中的应用研究进展进行综述，以期为相关领域的研究和应用提供参考。
首先静电纺丝纳米纤维在空气过滤方面的应用已经取得了显著的成果。
研究人员通过改变静电纺丝过程中的参数，如电场强度、电流密度、纺丝温度等，成功制备出具有不同孔径分布和表面化学性质的纳米纤维。
这些纳米纤维可以有效地去除空气中的颗粒物、病毒、细菌等污染物，从而提高空气质量。
此外静电纺丝纳米纤维还可以作为活性炭等传统空气净化材料的载体，进一步提高其吸附性能。
其次静电纺丝纳米纤维在水过滤方面的应用也日益受到重视，研究人员发现，利用静电纺丝技术制备的纳米纤维具有良好的疏水性和亲水性，可以在水中形成稳定的悬浮液，实现高效的水处理。
同时由于纳米纤维的孔径大小可控，因此可以根据水质要求选择合适的纳米纤维进行处理，从而实现高效、低耗的水净化。
此外静电纺丝纳米纤维还可以与其他水处理材料(如活性炭、光催化材料等)复合使用，进一步提高水处理效果。
静电纺丝纳米纤维在生物膜领域的应用也具有很大的潜力，生物膜是一种广泛应用于水处理、气体分离等领域的重要膜材料，而静电纺丝纳米纤维可以作为生物膜的重要组成成分之一，提高生物膜的稳定性和选择性。
研究人员已经成功地将静电纺丝纳米纤维与微生物菌种相结合，制备出具有良好性能的生物膜过滤器。
这种过滤器可以有效地去除水中的有机污染物、重金属离子等有害物质，为水处理提供了一种新的思路。
静电纺丝纳米纤维在过滤材料中的应用研究取得了一系列重要进展，为空气过滤、水过滤、生物膜等领域的发展提供了有力支持。
然而目前的研究仍存在一些问题，如纳米纤维的制备工艺尚不完善、性能评价方法不够成熟等。
静电纺纳米纤维的过滤机理及性能
第33卷第1期2007年2月东华大学学报(自然科学版)J OU RNAL O F DON GHUA UN IV ERSIT Y (NA TU RAL SCIENCE )Vol.33,No.1Feb.2007 文章编号:1671-0444(2007)01-0052-05静电纺纳米纤维的过滤机理及性能3覃小红,王善元(东华大学纺织学院,上海201620)摘 要:静电纺丝是种相对简单的不同种聚合物来制造超细纤维的方法.纳米纤维将来最广泛的用途是过滤.研究静电纺纳米纤维的过滤机理,测试分析不同基布与纳米纤维层复合后的过滤效率、过滤阻力及孔径的变化.结果表明在基布上铺上纳米纤维层复合后,过滤效率明显增加,压力降也有一定增加;纳米纤维层的孔径比基布孔径约小两个数量级,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;过滤性能中图分类号:TS 176+.9 文献标志码:AF i l t r a t i o n P r o p e r t i e s o f E l e c t r o s p i n n i n g N a n o f i b e r sQI N X i ao 2hong ,W A N G S han 2y uan(College of T extiles ,Donghu a U niversity ,Sh angh ai 201620,China)Abstract :Elect rospinning is a relatively simple met hod to p roduce submicron fibers from solutions of different polymers and polymer blends.The extensive application in f ut ure of electrospinning nanofibers is filt ration.The objective is to st udy on t he filt ration p roperties of electrospinning nanofibers.During t he experiment s ,nanofibers layers wit h different area weight are placed on t he sp unbond or melt blown sublayers.After t he cross 2linking ,t he filt ration p roperties are tested.The result shows t hat t he filt ration efficiency and filt ration resistance bot h increase sharply when nanofibers layers are added to t he sublayers.Moreover ,t he pore diameter of nanofibers layers are much smaller t han t he sublayers.K ey w ords :elect ro spinning ;nanofiber ;filt ration p roperty 静电纺纳米纤维在众多领域有着广泛的用途,对于人们感兴趣的许多生物来源和生物相容性材料,静电纺丝提供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.由许多新型聚合物和生物来源的聚合物静电纺制得的纳米纤维,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.其中,FAN G 和REN E KER [1]制造出了DNA 纳米纤维,KO 和REN E KER 报道了细胞在纳米纤维上的生长,可直接用于治疗创伤和皮肤的烧伤.静电纺纳米纤维的用途涉及的领域非常广,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、针织布来支撑.DOSHI [2]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3 收稿日期:2005-05-30作者简介:覃小红(1977-),女,湖北赤壁人,讲师,博士,研究方向为纺织材料与纺织品设计、纳米材料、纳米纤维.E 2mail :xhqin @第1期覃小红,等:静电纺纳米纤维的过滤机理及性能53滤材料高表面积低重量,仅仅用1/15的这种复合过滤材料就能达到很好的过滤性能[3],应用在高端过滤方面的应用价值难以估量.目前,还没有文献报道过静电纺纳米纤维过滤性能的系统测试及研究,所以,研究静电纺纳米纤维的过滤机理及性能是非常重要的.1 静电纺纳米纤维的过滤机理对于气溶胶粒子的纤维过滤来说,参与过滤的3个主要因素是:分散介质、分散粒子和纤维过滤材料.它们的主要特征决定过滤过程的基本参数:过滤效率、过滤阻力和容尘特性.其中,纤维过滤材料的主要特征包括:过滤的面积和厚度,组成过滤器的纤维直径与形态,过滤器的孔隙率和荷电情况.总的说来,过滤理论的基本问题就是要解决过滤效率(η)和过滤阻力(ΔP)与微粒特性、分散介质和过滤器结构参数之间的函数关系.[4-6]过滤过程在理论上可以分为2个阶段:第1阶段称为稳定阶段,在此阶段里,过滤器对微粒的捕捉效率和阻力不随时间而改变,而是由过滤器的固有结构、微粒的性质和气流决定的;第2阶段称为不稳定阶段,在此阶段里,捕捉效率和阻力不取决于微粒的性能而是随时间的变化而变化的,主要是随着微粒的沉积、气体的侵蚀、水蒸气的影响等变化.对于过滤微粒浓度很低的气流,特别是用于空气洁净技术中普通的含尘空气,过滤过程主要是稳定过滤过程,在很长时间内,过滤器中纤维过滤材料由于微粒的沉积等原因而引起的厚度上的变化很小,因此容尘量可以不作为主要参数来考虑.本文的研究对象是空气净化中用作高效过滤器的静电纺纳米纤维过滤材料,因此过滤机理均为纳米纤维过滤材料在第1阶段过滤过程中捕集微粒的机理.经典的过滤理论对过滤效率的分析都建立在孤立纤维法的基础上,这种方法的原理是:利用与气流方向垂直的单根纤维(假设为圆柱体)周围的流体速度场,计算微粒由于各种沉积机理作用在纤维上的沉积率,在考虑相邻纤维的影响后,确定单根纤维上的总沉积率(单根纤维的捕捉效率)之后,进而计算出过滤效率.[7]根据经典的过滤理论,在纤维过滤器的第1阶段过滤过程中有5种主要的捕集微粒的机理起作用:拦截效应、惯性效应、布朗扩散、重力沉降和静电捕获.微粒被捕集是几种机理共同作用的结果,其中一种或几种机理起主要作用,从理论上可以计算出在每一种捕捉机理下单纤维的捕捉效率,但是单纤维的总捕捉效率并不是各种机理下捕集效率的简单相加,而是各种捕集机理之间存在着相互作用.由于实际过滤器极为复杂,很难从理论上精确描述,即使要反映这种复杂性,也只有通过在公式中加入各种经验修正项,而不同条件下的修正结果也会有差异,因此理论计算得到的结果很难同实验结果取得精确一致,当然两者结论趋势基本相似,理论分析常常用于对比或定性地说明影响过滤性能的种种因素与过滤性能的关系.从参与空气过滤的3个主要因素:粒子、分散介质(空气)和过滤器的特征来考虑,影响空气过滤器过滤性能的最重要的参数为:粒子直径、空气流速、纤维直径和填充率.总的说来纤维越细,填充得越密实、越均匀,所能过滤的粒子越小,过滤效率越高,图1清晰地表示这一原理,但相应的过滤阻力也越大.图1 过滤效率随着纤维直径的减小而明显增加Fig.1 Filtration eff iciency being m arkedly increasedwith reduced f iber diameter2 静电纺纳米纤维的过滤性能2.1 过滤效率及过滤阻力的测试分析过滤效率和过滤阻力的测定方法有数字粒子计数法、钠焰法、DO P法等.本实验中对基布及纳米纤维层的过滤性能采用的是钠焰法.钠焰法测试原理为:一定浓度的氯化钠水溶液用洁净压缩空气经专用喷雾器雾化后引到干燥空气流中使雾滴的水分蒸发,形成亚微米级多分散固体氯化钠气溶胶,即实验尘.含尘空气流过被测滤料,过滤前后气溶胶浓度之比的百分数即为被测滤料的透过率,气溶胶浓度是用钠火焰光度计法测出相应的光电流值,压差即为被测滤料的过滤阻力.54 东华大学学报(自然科学版)第33卷过滤效率的计算公式为η=1-K =1-A2-A1φA×100%(1)式中:η为被测滤料的过滤效率;K 为被测滤料的透过率;A1为滤前实验尘的光电流值;A2为滤后实验尘的光电流值;A 0为检测台的本底光电流值;φ为检测台的自吸收系数.本课题中过滤效率及阻力的测试是在捷克里贝莱兹技术大学完成的.在这个实验中,由于纳米纤维层强力低,不能单独测试其性能,所以测试不同面密度的纳米纤维层与基布复合体的过滤性能(过滤效率、压降及孔径).纳米纤维层是由P V A 水溶液静电纺丝得到的,P V A 纳米纤维常温下不会再溶解于水中.实验将不同面密度的纳米纤维分别放置在纺粘或熔喷基布上,在复合后测试其过滤性能.测试结果见图2.图2 纺粘无纺布+纳米纤维层复合体与熔喷无纺布+纳米纤维复合体的过滤效率及压力降的对比Fig.2 Comparison of f iltration eff iciency and press dropb etw een nano fib er layers w ith spu nbond sub layers and nanof iber layers with meltblow n sublayers测试的方法是高效过滤器方法(H E P A ),即钠焰法,按英国标准B S 4400进行.这种方法以N a Cl气溶胶微粒平均直径为0.6μm ,将其渗透进测试试样,过滤速率为5m /mi n ,测试面积为100c m 2,测试装置为捷克生产的过滤性能测试仪.由图2(a )中可见,在纳米纤维层的面密度相同时,熔喷无纺布+纳米纤维复合体的过滤效率明显高于纺粘无纺布+纳米纤维层复合体.并且熔喷基布的过滤效率为30%,基布上纳米纤维层面密度仅达到0.7g /m 2时,过滤效率就可以增加到92%,在纳米纤维层面密度为2.4g /m 2时,过滤效率达到100%.同样,在以纺粘无纺布为基布时,只需在基布上多放一些纳米纤维,在纳米纤维层面密度为2.9g /m 2时,过滤效率也达到100%,而所用的纺粘无纺布自身的过滤效率仅为6.3%.这些结果充分说明纳米纤维在提高过滤效率方面的显著作用,结合过滤机理,证实了纤维越细,填充得越密实、越均匀,所能过滤的粒子越小,过滤效率越高.从图2(b )中可以发现,在纳米纤维层的面密度相同时,熔喷无纺布+纳米纤维复合体的压力降明显高于纺粘无纺布+纳米纤维层复合体.在纳米纤维层面密度为 1.9g /m 2时,基布+纳米层复合体的压力降急剧增加.这也说明,纤维越细,过滤效率越高,相应的过滤阻力也会越大,但是过大的压力降会影响透气性.以上分析说明基布加入纳米层后过滤效率均明显提高,压力降也明显增大.2.2 孔径的测试及分析孔径的测试是在东华大学完成的,采用孔径测试仪(Capillary Flow Porometer 3CFP 1100AI 3)来测试孔径.试样分别为基布(纺粘无纺布)及基布与纳米纤维复合体.按照仪器标准,每种试样中随机剪取3块样品进行测试,图3为基布中3块样品的孔径分布图,图4为基布与纳米层复合体中3块样品的孔径分布图.比较图3与图4,从孔径分布图可以看见基布的孔径离散度明显大于基布与纳米层复合后的孔径离散度.并且,基布的最小孔径为18.0636μm ;而铺上纳米层后,最大孔径仅为1.7286μm ,最小孔径为0.6008μm ,也就是纳米纤维层的孔径远远小于基布的孔径,所以说明基布与纳米层复合后过滤性能的提高完全取决于纳米纤维的性能. 第1期覃小红,等:静电纺纳米纤维的过滤机理及性能55图基布中3块样品的孔径分布3Aperture distributing chart of3sublayers图4 基布+纳米层复合体孔径分布Fig.4 Aperture distributing chart of nanof ibers added on the sublayers56 东华大学学报(自然科学版)第33卷2.3 基布(纺粘无纺布)与纳米纤维层的扫描电镜图比较图5和6的电镜图,基布的纤维直径约12μm ,而纳米层的纤维直径约为250nm ,相差约两个数量级.直径的急剧减小是导致纳米纤维过滤效率大大提高的主要因素,这也与上述图1中过滤机理的论述一致.图5 基布扫描电镜图,放大倍数1000倍(纤维直径约为12μm)Fig.5 SEM photograph of sublayers with m agnif icationof 1000(f iber diameter is about 12μm)图6 纳米层的扫描电镜图,放大倍数20000倍(平均直径约为250nm)Fig.6 SE M photograph o f nano fib er layers w ith m agni ficationof 20000(average diameter is about 250nm)3 结论静电纺纳米纤维由于直径小(本文中直径是200n m 左右),具有很大的比表面积、很大的表面积—体积比,在成型的网毡上有很多微孔,因此有很强的吸附力以及良好的过滤性能.文中通过一系列实验测试纳米纤维过滤效率、过滤阻力(压力降)及孔径,结论如下:(1)在基布上铺上纳米纤维层复合后,过滤效率明显增加,压力降也明显增加.其中,在面密度为15g/m 2,过滤效率为30%,压力降为35P a 的熔喷无纺布上铺上面密度为2.4g/m 2的纳米纤维层复合后,过滤效率能达到100%,但相应的压力降增加到1530P a .同样的规律也出现在纺粘无纺布与纳米纤维层复合体上.(2)将纳米纤维层铺在基布(纺粘无纺布)上复合后,分别测试复合体孔径及基布孔径,研究表明纳米纤维层的孔径比基布孔径约小两个数量级,并且纳米纤维层孔径分布均匀、离散度小.参 考 文 献[1] F ANGX,RE NEK E RD H .D N A F ibers by E lectr os pinn ing[J ].J M acrom ol S ci Phy,1997,B36(2):169-173.[2] D OSHIJ.Nan ofiber 2Based N on w ov en C om pos ites:Properties and A pplications[J ].N on w ov ens W orld,2001,4(10):64-68.[3] D OSHIJ ,M AI NZ M H,BH AT G S .Nan ofiber BasedN on w ov en C om pos ites:Properties and A pplications[C]//Proceed ings of the 10th Annu al I ntern ati on al T A N DE C N on w ov ens C on feren c e .US A,2000:1-7.[4] 克莱德・奥尔.过虑理论与实践[M].邵启祥,译.北京:国防工业出版社,1982:1-86.[5] 戴维斯C N .空气过滤[M].北京:原子能出版社,1979:1-61.[6] 许钟麟.空气洁净技术原理[M].上海:同济大学出版社,1998:1-90.[7] 吉泽晋.空气洁净技术手册[M].许明镐,等,译.北京:电子工业出版社,1985:1-120.。
一种制备纳米纤维的静电纺丝装置[发明专利]
![一种制备纳米纤维的静电纺丝装置[发明专利]](https://img.taocdn.com/s3/m/2d5cc049b0717fd5370cdc8e.png)
专利名称：一种制备纳米纤维的静电纺丝装置专利类型：发明专利
发明人：刘雍,范杰,康卫民,程博闻,刘健
申请号：CN201310479063.5
申请日：20131011
公开号：CN103484954A
公开日：
20140101
专利内容由知识产权出版社提供
摘要：本发明公开一种制备纳米纤维的静电纺丝装置，该装置主要包括喷液器、静电发生器、针状电极、平板电极、纺丝池、贮液池、接收帘。
喷液器固定在纺丝池底部与贮液池相连，针状电极在纺丝池底部，与静电发生器相连；平板电极在纺丝池上方并与地连接，接收帘在平板电极下方。
纺丝时，溶液以一定的压力和流量由贮液池送入喷液器，在喷液器顶端形成喇叭花状的薄液膜，静电发生器使针状电极和平板电极间形成静电场，在液膜顶端形成射流飞出，沉积在接收帘上形成纳米纤维毡。
纺丝池内溶液被抽回贮液池。
本发明的有益效果是：结构简单，成本低，纺丝液可循环，生产效率高，可实现纳米纤维的规模化生产，满足工业生产对纳米纤维及其相关产品的需求。
申请人：天津工业大学
地址：300160 天津市河东区成林道63号
国籍：CN
更多信息请下载全文后查看。
静电纺PAN基纳米纤维膜的结构调控及空气过滤性能研究
静电纺PAN基纳米纤维膜的结构调控及空气过滤性能研究近年来，随着环境污染问题的日益严重，空气过滤技术的研究和应用变得越来越重要。
静电纺技术作为一种制备纳米纤维膜的有效方法，具有高效过滤和低能耗的优势，因此备受关注。
本文旨在探究静电纺聚丙烯腈（PAN）基纳米纤维膜的结构调控及其在空气过滤中的性能。
首先，我们采用静电纺技术制备了一系列PAN基纳米纤维膜。
通过调节静电纺参数，如高压电场强度、溶液浓度和流速等，我们成功调控了纤维膜的直径和形貌。
扫描电子显微镜的观察结果表明，纤维膜的直径与高压电场强度和溶液浓度呈正相关关系，而与流速呈负相关关系。
此外，我们还发现溶液浓度对纤维膜的形貌有着显著影响。
通过结构调控，我们成功制备了具有不同直径和形貌的纳米纤维膜。
接下来，我们对所制备的纳米纤维膜进行了空气过滤性能测试。
实验结果表明，纤维膜的直径和形貌对过滤效果有着显著影响。
具有较小直径和较光滑表面的纤维膜表现出更好的过滤效果。
我们进一步研究了纤维膜的孔隙结构对过滤性能的影响。
结果显示，孔隙结构越均匀，纤维膜的过滤效果越好。
此外，我们还对纤维膜的气体通透性和阻力进行了测试。
结果显示，纤维膜具有较高的气体通透性和较低的阻力，说明其具有良好的应用潜力。
综上所述，通过静电纺技术成功制备了具有不同直径和形貌的PAN基纳米纤维膜，并研究了其在空气过滤中的性能。
通过结构调控，我们发现纤维膜的直径和形貌对过滤效果有着显著影响。
此外，纤维膜的孔隙结构、气体通透性和阻力也对过滤性能起着重要作用。
这些研究结果为静电纺PAN基纳米纤维膜的进一步优化和应用提供了重要参考，有助于改善空气质量，保护人们的健康。
静电纺丝法制备的纳米纤维在环境污染治理中的应用研究进展
静电纺丝法制备的纳米纤维在环境污染治理中的应用研究进展陈晓青;谭晶;李好义;丁玉梅;杨卫民;何雪涛【期刊名称】《环境污染与防治》【年(卷),期】2017(039)007【摘要】静电纺丝法可实现多种材料一维纳米结构的构筑,对纳米纤维的粗糙结构、直径、比表面积、堆积密度和连通性精准可控,在环境领域具有广阔的应用前景.系统介绍了静电纺丝法制备的纳米纤维在过滤、催化氧化、吸附、固定酶及物理性污染等领域的应用,并指出了目前研究存在的问题和今后研究的方向,旨在为进一步扩宽纳米纤维在环境污染治理领域中的应用.【总页数】4页(P798-801)【作者】陈晓青;谭晶;李好义;丁玉梅;杨卫民;何雪涛【作者单位】北京化工大学机电工程学院,北京 100029;北京化工大学机电工程学院,北京 100029;北京化工大学机电工程学院,北京 100029;北京化工大学机电工程学院,北京 100029;北京化工大学机电工程学院,北京 100029;北京化工大学机电工程学院,北京 100029【正文语种】中文【相关文献】1.静电纺丝法制备煤基纳米碳纤维及其在超级电容器中的应用 [J], 何一涛;王鲁香;贾殿赠;赵洪洋2.静电纺丝法制备PBS纳米纤维膜及缓释血小板内生长因子的PBS纳米纤维膜的生物活性评价 [J], 孙淑芬;李男男;刘敏;刘译聪;张英超;周延民3.静电纺丝法制备La3+掺杂SnO2中空纳米纤维及其红外发射率研究 [J], 汪心坤;赵芳;唐香珺;段荣霞;王建江4.静电纺丝法制备纳米纤维在水体污染治理中的应用与研究进展 [J], 涂舜恒; 郑佳玲5.静电纺丝法和气流静电纺丝法制备聚砜纳米纤维 [J], 姚永毅;朱谱新;叶海;钮安建;高绪珊;吴大诚因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
静电纺核壳纳米包装膜的制备及其抗菌性能
静电纺核壳纳米包装膜的制备及其抗菌性能魏娜;康卫民;孙诚;程博闻【摘要】为解决抗菌包装中精油包埋的问题,采用乳液静电法制备了外壳为羧甲基壳聚糖(CMCS),内核为百里香精油的纳米纤维膜,研究了乳液的黏度、电导率以及粒径对纳米纤维的影响,借助扫描电子显微镜和透射电子显微镜观察了纤维膜的微观形貌,采用抑菌圈法测试了纤维膜的抑菌性能.结果表明:质量比为9:1的羧甲基壳聚糖和聚氧化乙烯混合液为水相溶液,百里香精油为油相,吐温80为乳化剂,当三者体积比为36.7:4:1或22.8:4:1时,均可形成稳定的乳液结构;当纺丝液流量为0.5 mL/h、电压为16～24 kV、纺丝距离为11 cm时,百里香精油成功包裹在羧甲基壳聚糖纤维内,且随着电压升高,纤维黏连现象减弱;核壳纳米纤维膜对金黄色葡萄球菌、大肠杆菌、灰霉、青霉的抑菌圈直径分别为18.2、11.0、32.5和29.2 mm,抑菌效果较好.【期刊名称】《纺织学报》【年(卷),期】2018(039)012【总页数】5页(P13-17)【关键词】乳液静电纺丝;核壳结构;包装材料;羧甲基壳聚糖;百里香精油;抗菌性能【作者】魏娜;康卫民;孙诚;程博闻【作者单位】天津职业大学包装与印刷工程学院,天津 300410;天津工业大学纺织科学与工程学院,天津 300387;天津职业大学包装与印刷工程学院,天津 300410;天津工业大学纺织科学与工程学院,天津 300387【正文语种】中文【中图分类】TB34传统静电纺丝是将功能材料和聚合物混合溶解在溶剂中制成高聚物静电纺丝液进行纺丝，其中功能材料、聚合物、溶剂三者之间的相容性和稳定性是静电纺丝过程中的重点，特别是在一些特殊领域如药物包埋等，需要制备出具有核-壳结构的纳米纤维。
目前主要有3种静电纺丝技术可实现药物包埋，分别为同轴静电纺丝、悬浮液静电纺丝和乳液静电纺丝，3种形式均可制备具有核-壳结构的静电纺纤维[1-2]。
间位芳纶纳米纤维的静电纺工艺
间位芳纶纳米纤维的静电纺工艺康卫民;刘晓红;马晓敏;赵卉卉【摘要】以间位型芳纶/N,N-二甲基乙酰胺(PMIA/DMAC)为纺丝液,采用静电纺丝技术成功制备出PMIA纳米纤维膜,采用单因素变量法探讨了电纺工艺对PMIA 纳米纤维形态的影响,并通过SEM图像及直径分布获得了电纺PMIA的较佳工艺参数为:纺丝液质量分数14％,电压25 kV,进液速率0.2 mL/h,接收距离16 cm.采用红外、TG测试手段表征了PMIA纳米纤维膜的结构和热稳定性能.结果表明:PMIA 纳米纤维膜的玻璃化转变和热分解温度分别为273℃和431℃,具有着良好的热稳定性能.【期刊名称】《天津工业大学学报》【年(卷),期】2016(035)001【总页数】7页(P6-11,16)【关键词】静电纺;间位型芳纶(PMIA);耐高温;纳米纤维【作者】康卫民;刘晓红;马晓敏;赵卉卉【作者单位】天津工业大学纺织学院,天津300387;天津工业大学中空纤维膜材料与膜过程省部共建国家重点实验室培育基地,天津300387;天津工业大学纺织学院,天津300387;天津工业大学纺织学院,天津300387;天津工业大学纺织学院,天津300387【正文语种】中文【中图分类】TS102.64;TS104.76芳纶纤维的分子链主链由苯环酰胺键组成，具有很强的氢键网络结构，具有优异的耐高温性能、耐化学腐蚀性和机械性能[1-3]，在新能源、环境产业及高温防护等领域得到广泛的应用[4].对苯二甲酰对苯二胺（PPTA）和间苯二甲酰间苯二胺（PMIA）纤维是已开发的芳纶纤维中的典型代表，其中间位芳纶（PMIA）是目前最为常用的耐高温纤维之一，1967年杜邦公司率先实现工业化生产，取名为Nomex[5].国际上除了美国的杜邦公司以外，美国Parker-hannifin公司，日本的Teijin公司、帝人公司、尤吉尼卡公司，英国JDR、德国Kutting及印度Polyhose等公司也相继生产了芳纶纤维及其制品，我国山东泰和新材料有限公司和广东彩艳公司也实现了间位芳纶纤维的产业化生产[6].静电纺丝技术是一种利用高压电场力制备纳米纤维的方法，它主要是借助高压静电场使聚合物溶液或熔体带电，在液体表面形成锥状液滴，称为“泰勒锥”[7-8].当泰勒锥表面的电荷斥力超过其表面张力时，就会在泰勒锥的顶端高速喷出微小液体射流，射流在一个较短的距离内经过电场力的高速拉伸、相分离、溶剂挥发与固化，最终沉积在接收装置形成纳米纤维膜材料[9-10].当纤维直径降至纳米量级时，由直径细化带来的尺寸效应和表面效应，特别是由微纳米纤维堆积而成的聚集体纤维材料还具有孔径小、孔隙率高、连通性好、堆积密度可控等优点，可显著提升纤维材料在的应用性能，特别是将耐温和耐化学性能优异的芳纶高分子材料制备的纳米纤维膜材料将在耐高温精细过滤材料、动力锂离子电池隔膜等领域具有广泛应用前景[11-14].本文以PMIA聚合物为原料，N，N-二甲基乙酰胺为溶剂，采用静电纺丝技术成功制备出PMIA纳米纤维膜，重点探讨了纺丝液浓度、纺丝电压、挤出速率、接收距离等对PMIA纳米纤维形貌的影响，并对PMIA纳米纤维膜的组成结构、热性能等进行了分析表征.本实验通过对间位芳论溶液静电纺丝工艺的深入探讨，得到具有耐高温防火性和良好尺寸稳定性的PMIA纳米纤维膜，可广泛用于高温过滤、防护、电池隔膜传感和生物医学等领域.1.1实验原料和仪器实验原料和仪器分别如表1和表2所示.1.2纺丝液的制备将称量好的PMIA加入一定量N，N-二甲基乙酰胺（DMAC）溶剂，在广口瓶中混合溶解成质量分数为10%～18%的PMIA/DMAC纺丝溶液，在60℃下搅拌5 h，直到溶液呈完全均匀状态，静置，脱泡24 h待用.1.3间位型芳纶膜的制备图1为本实验采用的静电纺丝装置的示意图.装置主要由气动给液系统、喷丝头、纤维收集板和高电压发生器4个部分组成.用滴定管吸取一定量的纺丝液，与通过注射器、微量注射泵相连接，喷丝针孔（直径为0.8 mm）与高压电源正极相连组成了供液-喷丝装置；收集装置为一个表面覆盖铝箔的旋转收集板并且接地；由高压发生器提供静电纺所需的电场.采用单因素变量分析法，通过调节高压电源的电压、进液速率、收集轮与喷丝头之间的距离等工艺参数，探讨最后得出电纺PMIA 最佳工艺参数.具体工艺参数如表3所示.1.4性能测试采用TM1000扫描电子显微镜对将待测样品喷金后用扫描电子显微镜观察纤维的微观形貌，得到SEM照片.并用Image-Pro Plus 6.0对其中的100根纤维进行直径测量，求出平均直径，并绘制直径分布图.采用AvaTar 360FTIR傅里叶红外光谱分析仪对纯PMIA膜测试了红外光谱，采用KBr压片法，扫描范围为500～4 000 cm-1，分辨率为4 cm-1.采用热失重仪TGA（与DSC分析联用）分析样品的热稳定性及降解行为，在氮气保护下，测试的温度范围为40～1 000℃，升温速率为10℃/min.以失重5%时的温度作为起始失重温度.2.1工艺参数对静电纺PMIA纳米纤维形貌的影响2.1.1纺丝液浓度图2为不同纺丝液浓度下制备的PMIA纳米纤维膜的SEM照片及直径分布图.其他参数：电压22 kV，距离16 cm，进液速率为0.2 mL/h.浓度是影响纤维形态的一个重要因素，纺丝液浓度在一定范围内的上升会影响纤维直径的分布.纺丝浓度越大纤维越不易喷出，纤维拉伸也不充分，易产生并丝、纤维缠结等现象.浓度过小则溶液过稀，不易形成纤维，喷出的纤维过细强力不够易断裂，易形成液滴.由图3可以看出，随着纺丝液浓度的增加，纤维的平均直径呈增大趋势.纺丝液质量分数为10%时，纤维数量较少，纤维直径过细，主要分布在20～50 nm之间，且有蛛丝和液滴、断头的现象；纤维孔隙较大，分布疏松；纺丝液质量分数为12%时，纤维分布较杂乱，纤维直径已明显增大但纤维的分布范围较宽，簇状较明显，纤维缠结.纺丝液质量分数为14%时，纤维图像具有很明显的改观，纤维直径分布均匀，粗细适中，且断丝和疵头、缠结等现象很少，纤维分布紧密，孔隙率和孔径大小适中.纺丝液质量分数为16%时纤维已开始出现并丝现象，且纤维直径分布范围较宽，已经出现了很明显的纤维粗细不匀.纺丝液质量分数为18%时，纤维并丝现象严重并成团状，纤维直径分布严重不均匀，且分布范围宽至20～180 nm，纤维并丝现象非常严重.综合纺丝过程和纤维形貌可知，质量分数为14%为PMIA的较佳的纺丝液浓度.2.1.2纺丝电压图3为以最佳纺丝液质量分数14%下不同电压的PMIA纳米纤维膜的SEM照片及直径分布图.其他参数：距离16 cm，进液速率0.2 mL/h.纺丝电压是纤维成形的重要原动力，一般认为电压越大，纤维受到的电场力越大，对射流的牵伸越充分则纤维越细.电压过大，纤维会因过细而断裂，强力下降.相反，电压越小则射流表面的静电斥力不足以使其充分拉伸变细，不利于均匀纤维的形成，过小甚至导致无法纺丝.由图3可知，纺丝电压在16～28 kV范围变化时，对PMIA纳米纤维平均直径的影响比较小，主要表现为对纤维形态的影响.在22 kV电压及其以下时，纤维均出现了较为明显的断丝现象，纤维严重粗细不匀，纤维直径分布范围较宽；电压为25 kV时，纤维基本无断丝和并丝现象，直径分布均匀，粗细适中，纤维形貌良好；当电压增至28 kV时，纤维出现大量分裂现象，直径分布严重不均匀，纤维形貌状态不佳，可见电压过大或过小均会导致纺丝状态的不稳定，使得纤维成形受到不利的影响，较佳的纺丝电压为25kV.2.1.3溶液挤出速率图4为以最佳纺丝液质量分数14%，施加电压25 kV下不同进液速率的PMIA纳米纤维膜的SEM照片及直径分布图，接收距离为16 cm.挤出速率的大小不仅影响纤维膜的形貌，还影响到纤维的生产效率.进液速率大，从喷丝口喷出的射流在电场中被加速的时间就越短，使得纤维被牵伸的程度降低；在电场不变的条件下，挤出速率越大，收集到的纤维会相对比较粗，但进液速率过大可能会出现液滴和并丝等现象.进液速率过小则会发生断丝现象或者纤维过细.从图4看出，以0.2 mL/h进液速率纺出来的纤维直径均匀无杂乱断丝现象，纤维之间没有粘连现象，形貌很好，纤维分布范围较窄，粗细均匀适中；当纺丝液挤出速率大于0.4 mL/h的纤维缠结粘连现象严重，并丝现象严重，且挤出速率越大，纤维直径明显增大，纤维直径分布范围变宽，纤维粗细两极分化严重.这主要由于纺丝速度过大，使得射流在电场的作用下纤维牵伸不足，溶剂挥发不完全，而形成并丝粘连现象，可见较佳的进液速率为0.2 mL/h.2.1.4接收距离图5为以纺丝液质量分数14%，电压25 kV，进液速率0.2 mL/g下不同接收距离的PMIA纳米纤维膜的SEM照片及直径分布图.接收距离为喷丝口到接收装置之间的距离，与纤维在空中飞行的时间相关.理论上接收距离越大，纤维牵伸充分，纤维越细；距离过远，纤维会发生断裂或接收不到的现象；距离过小会使纤维牵伸不充分，溶剂来不及挥发，纤维中会出现珠节、堆积和并丝的现象.由图5可以看出，纤维平均直径随着距离的增大而呈下降趋势，且距离为12 cm和14 cm时的纤维直径相比而言较粗，有轻微的并丝现象，粗细分布不均匀；距离为16 cm的纤维细度适中，直径分布均匀，纤维无明显的并丝缠结现象，纤维成形状态良好；距离为18 cm时的纤维有缠结并丝现象，孔径大小不均匀；距离为20 cm时的纤维断丝较多，纤维直径较细，这是因为接收距离过大使得纤维过度拉伸而发生纤维断裂的现象.故选择16 cm的接收距离为最佳选择.2.2红外光谱分析图6为所制得纳米纤维膜的红外光谱图.由图7可知，间位芳纶分子链呈锯齿型排列，主要是由酰胺键和苯环构成的，波数为3 285.2 cm-1左右的吸收峰为酰胺键中N—H键的伸缩振动引起的，波数为778.6 cm-1处吸收峰是酰胺中N—H键的弯曲振动引起的.波数在1 655.6 cm-1的吸收峰为酰胺键中C=O键的伸缩振动引起的；波数为3 056.3 cm-1、1 606.8 cm-1、1 529.8 cm-1、1 486.9 cm-1和1 409.3 cm-1这5处的吸收峰为苯环的特征峰；1 249.2 cm-1处为C—N键的伸缩振动峰.红外谱图进一步证实了所制得纳米纤维膜的主要成为PMIA.2.3 TG和DSC分析图7和图8分别为电纺PMIA纳米纤维膜的TG 和DSC曲线.从图7中可以看出，从TG曲线可知电纺PMIA纳米纤维膜的质量随温度的变化可以分为3个阶段. 第1个阶段结束温度在100℃左右的范围，这个过程中膜质量的下降主要是膜中水分和溶剂DMAC溶剂的挥发造成的，质量下降的比较少且比较平缓.结合DSC曲线可知，在100℃附近出现明显的吸热峰.第2阶段为100～270℃之间，该阶段质量下降由纤维膜中中残留的合成剂（间苯二胺和间苯二甲酰氯）的分解或小分子助剂、增塑剂的分解造成，在DSC曲线中240℃附近对应出现一个较小的放热峰；第3阶段失重从431.1℃开始急剧增加，该阶段失重由PMIA大分子分解造成，即是PMIA膜的分解温度，TSC曲线中466℃处出现极大的放热峰，该阶段热失重率达38.82%.由此可见，PMIA纳米纤维具有优良的耐热性能，主要是由于亚甲基酰胺之间和C-N键旋转的高能阻碍了PMIA分子链成为完全伸直的直链，而成为锯齿状的大分子链结构.晶体内部氢键作用非常强烈，使其化学结构稳定，从而拥有优良的耐热性、阻燃性和耐化学腐蚀性[15-16].此外，在270℃左右出现了一个小的放热峰，该温度为PMIA的玻璃化转变温度.以PMIA/DMAC为纺丝液，采用静电纺丝技术可成功制备PMIA纳米纤维膜，其较佳的电纺工艺为：纺丝液质量分数为14%，电压为25 kV，进液速率为0.2mL/h，接收距离为16 cm；所制得的PMIA纳米纤维膜玻璃化转变和热分解温度分别为273℃和431℃，具有良好的热稳定性能，在耐高温精细过滤材料、动力锂离子电池隔膜等领域具有广泛应用前景.【相关文献】[1]裘愉发.主要高性能纤维的特性和应用[J].现代丝绸科学与技术，2010，25（1）：17-19，24. QIU Y F. The main features and application of high performance fiber[J]. Modern Silk Science and Technology，2010，25 （1）：17-19，24（in Chinese）.[2]高胜玉.性能非凡的高性能间位芳纶纤维：美塔斯METAMAX^TM[J].产业用纺织品，1996（6）：31-33. GAO S Y. High performance meta aromatic polyamide fibre：METAMAX^TM[J]. Industrial Textiles，1996（6）：31-33（in Chinese）.[3]张伟，周琪，姚理荣.静电纺间位芳纶纤维的制备及其性能[J].纺织学报，2011，32（2）：11-17. ZHANG W，ZHOU Q，YAO L R. Electrospinning of metearamid fiber and its properties[J]. Journal of Textile Research，2011，32（2）：11-17（in Chinese）.[4] YANG K S，DAN D E，et al. Preparation of carbon fiber web from electrostatic spinning of PMDA-ODA poly（amic acid）solution[J]. Carbon，2003，41（11）：2039-2046.[5] ABRAHAM K M，CHOE H S，PASQUARIELLO D M. Polyacrylonitrile electrolyte-basedLi ion batteries[J]. Electrochimica Acta，1998，43（16）：2399-2412.[6]刘雷艮，沈忠安，洪剑寒.静电纺高效防尘复合滤料的制备及其性能[J].纺织学报，2015，36（7）：12-20. LIU L G，SHEN Z A，HONG J H. Preparation and properties of electrospun composite material for high-efficiency ash filtration [J]. Journal of Textile Research，2015，36（7）：12-20（in Chinese）.[7]倪永红，葛学武，徐相凌，等.纳米材料制备研究的若干新进展[J].无机材料学报，2000，15（1）：9-15. NI Y H，GE X W，XU X L，et al. Developments in preparation of nano-scale materials [J]. Journal of Inorganic Materials，2000，15（1）：9-15（in Chinese）.[8] SCROSATI B. Applications of Electroactive Polymers[M]. London：Chapman and Hall，1993.[9]崔启征，董相廷，于伟利，等.静电纺丝技术制备无机物纳米纤维的最新研究进展[J].稀有金属材料与工程，2006，35（7）：1167-1171. CUI Q Z，DONG X T，YU W L，et al. New developments of inorganic nanofibers fabricated by electrospinning[J]. Rare Materialsand Engineering，2006，35（7）：1167-1171（in Chinese）. [10] MANUEL S A. Review on gel polymer electrolytes for lithium batteries[J]. European Polymer Journal，2006，42（1）：21-42.[11]王少锋，左芳芳.静电纺非织造技术及其应用浅析[J].福建轻纺，2010，25（4）：39-41. WANG S F，ZUO F F. Electrospinning nonwovens technology and its analysedapplication[J]. The Light & Textile Industries of Fujian，2010，25（4）：39-41（in Chinese）.[12] DOSHI J，RENEKER D H. Electrospinning process and applications of electrospun fibers[C]//Industry Applications Society Annual Meeting，1993 Conference Record of the 1993 IEEE. [s.n.]：IEEE，1993：1698-1703.[13] RENEKER D H，CHUN I. Nanometre diameter fibres of polymer，produced by electrospinning [J]. Nanotechnology，1996，7（3）：216.[14] LI D，XIA Y. Electrospinning of nanofibers：reinventing the wheel[J]. Advanced Materials，2004，16（14）：1151-1170.[15]王成，姚理荣，陈宇岳.芳纶纳米纤维毡/聚苯硫醚高温超过滤材料的制备及其性能[J].纺织学报，2013，34（7）：1-4，14. WANG C，YAO L R，CHEN Y Y. Preparation and properties of high temperature resistant ultrafiltration aramid nanofiber/ PPS composite material [J]. Journal of Textile Research，2013，34（7）：1-4，14（in Chinese）.[16]丁彬，俞建勇，孙刚，等.一种间位芳纶纳米蛛网纤维膜的制备方法[J].高科技纤维与应用，2013（5）：74. DING B，YU J Y，SUN G，et al. A preparation methods of metearamid spider nanofiber membrane[J]. Hi-Tech Fiber & Application，2013，38（5）：74（in Chinese）.。
ZnO@PAN纳米纤维复合膜的制备及其性能研究
ZnO@PAN纳米纤维复合膜的制备及其性能研究近年来,负载金属氧化物的静电纺纳米纤维复合膜的制备及其性能研究,已经成为新材料研发的重要热点之一。
负载金属氧化物的静电纺纳米纤维复合膜不仅具备了纳米纤维复合膜超高的比表面积,还同时具有了金属氧化物的特殊物理化学特性。
纳米纤维复合膜由于性能的多样性,使这种材料的应用也越来越广泛,在环境工程、医药科学、能源存储、传感器、军事等方面的应用前景十分广阔。
本文首先通过水热反应在静电纺PAN纳米纤维复合膜上负载ZnO纳米线,研究了纺丝液中PAN和醋酸锌的比例、热分解反应温度、水热反应环境对PAN纳米纤维复合膜上ZnO纳米线生长状态的影响。
通过SEM、TG、FTIR等测试对ZnO@PAN纳米纤维复合膜进行了表征,发现纺丝液中PAN和Zn(AC)2的比例为10:1.5、热分解温度为150℃、水热反应中添加体积比为20:1的氨水时,PAN纳米纤维复合膜上的ZnO纳米线生长密度最均匀,长度和细度最好。
在PAN和Zn(AC)2的比例10:1.5时,对比了不同分解温度下的ZnO@PAN纳米纤维复合膜在500W的紫外光下对罗丹明B溶液的光催化性能,并采用Langmuir Hinshelwood模型分析ZnO@PAN纳米纤维复合膜的催化动力学。
通过对样品的强力、BET、催化效果、催化动力学分析、催化稳定性进行分析,发现ZnO@PAN纳米纤维复合膜的强力可以达到0.44MPa以上,比表面积可以达到39.049m2/g,在两小时内对罗丹明B的降解效率为66.73%,在进行5次循环实验之后,降解性能仍然在60%以上。
证明负载ZnO的静电纺纳米纤维复合膜具有一定的光降解性能。
为了进一步提高ZnO@PAN纳米纤维复合膜光催化性能,论文通过ZnO纳米线直径优化和Sm元素掺杂改性,发现改性后获得的ZnO@PAN纳米纤维复合膜在相同条件下对罗丹明B溶液的降解性能可以达到96.4%,并且再经过5次循环实验之后纳米纤维复合膜的光催化性能依然在90%以上,说明改性后的负载ZnO的静电纺纳米纤维复合膜具有工业应用前景。
静电纺钛酸钡纳米纤维压电纳米发电机的研究进展
静电纺钛酸钡纳米纤维压电纳米发电机的研究进展
王玲玲;秦跃彬;刘晶晶;闫静;康卫民
【期刊名称】《纺织工程学报》
【年(卷),期】2024(2)1
【摘要】压电纳米发电机作为满足可穿戴电子设备绿色和可持续能源需求的关键技术,已经吸引了广泛的研究兴趣。
专注于静电纺钛酸钡(BaTiO3)纳米纤维在这一领域的应用研究。
首先介绍了静电纺BaTiO3纳米纤维的制备流程以及纤维的结构特征。
接着,讨论了BaTiO3纳米纤维压电纳米发电机的应用研究,展示了这些材料在能量转换和收集方面的巨大潜力。
特别地,还探讨了如何通过不同的技术手段,如纳米纤维的定向排列和导电材料的添加,来优化这些发电机的性能。
这些研究不仅提供了有关BaTiO_(3)纳米纤维制备的深入见解,还阐明了其在未来可穿戴设备和能量收集应用中的重要作用,展现出在智能材料和可持续能源技术领域的广泛应用前景。
【总页数】14页(P55-68)
【作者】王玲玲;秦跃彬;刘晶晶;闫静;康卫民
【作者单位】天津工业大学纺织科学与工程学院;天津工业大学/分离膜科学与技术国家级国际联合研究中心
【正文语种】中文
【中图分类】TB34
【相关文献】
1.静电纺钛酸钡/聚偏氟乙烯纳米复合柔性压电纤维膜
2.静电纺制造丝纳米纤维和静电喷雾制造导电纤维
3.静电纺取向纳米纤维束及纳米纤维纱线的研究进展
4.基于静电纺丝法原位极化PVDF纳米纤维薄膜构建高效压电纳米发电机
5.静电纺乙基纤维素纳米纤维膜的应用研究进展
因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
静电纺丝纳米纤维膜在过滤材料中的应用研究
静电纺丝纳米纤维膜在过滤材料中的应用研究
杨海贞;朱湘妮;李旭茹;杨羽柔;马闯
【期刊名称】《印染》
【年(卷),期】2024(50)2
【摘要】综述了近年来国内外通过静电纺丝技术制备高效过滤材料的最新研究成果,包括抗菌过滤、高温过滤、空气过滤、液体过滤、自清洁、可降解和可重复利用。
发现空气中的杂质主要通过纳米纤维膜的截留、惯性碰撞和扩散、重力和静电沉积来拦截,纳米纤维膜的过滤性能主要由过滤效率和阻力压降决定。
认为将静电纺丝法与其他新技术、新方法相结合,并通过掺杂其他支撑材料以纺成筛网状,可以拓宽纳米纤维膜的应用领域,使过滤材料具有可生物降解、抗菌、自清洁等功能。
【总页数】5页(P89-93)
【作者】杨海贞;朱湘妮;李旭茹;杨羽柔;马闯
【作者单位】中原工学院纺织学院
【正文语种】中文
【中图分类】TS176.5;TQ340.64;TB33
【相关文献】
1.静电纺丝法制备PBS纳米纤维膜及缓释血小板内生长因子的PBS纳米纤维膜的生物活性评价
2.静电纺丝纳米纤维膜在过滤领域的应用研究
3.静电纺丝纳米纤维膜空气过滤研究进展
4.静电纺丝纳米纤维双疏膜油性细颗粒物过滤性能实验分析
5.溶液静电纺丝制备电气石/PLA纳米纤维膜及其过滤性能、稳定性能研究
因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
静电纺PA6基纳米纤维膜的制备及低阻空气过滤性能研究
静电纺PA6基纳米纤维膜的制备及低阻空气过滤性能研究静电纺PA6基纳米纤维膜的制备及低阻空气过滤性能研究摘要：本文以聚酰胺6（PA6）为主要原料，采用静电纺丝技术制备了PA6基纳米纤维膜，通过改变不同工艺参数，如聚合物浓度、电压等，调节制备过程中的纤维直径、纤维分布等，以达到形成稳定的纳米纤维网络结构的目的。
在最优工艺条件下，制备的PA6基纳米纤维膜厚度均匀、孔隙率高、呈现明显的静电纺效应，表面积大，具有优异的低阻空气过滤性能。
实验结果表明，当聚合物浓度为12%、电压为15kV时，制备的膜具有最佳的低阻空气过滤性能，其过滤效率为99.99%，压降为4.32Pa。
此外，还探究了膜的力学性能、形貌结构、表面化学性质等，为进一步改进和优化纳米纤维膜的性能提供了参考。
关键词：静电纺丝；纳米纤维膜；空气过滤器；低阻性能；聚酰胺6 一、引言随着环境污染问题的日益加剧，空气过滤技术已经成为了重要的研究领域。
传统的空气过滤器一般采用膜、棉花等材料制成，但这些材料的过滤效率低、压降大，且容易堵塞，对环境和人身健康带来一定的威胁。
而纳米纤维膜由于其高比表面积、高孔隙率等优越的特性，具有广阔的应用前景。
静电纺丝是制备纳米纤维膜的一种有效方法，它可以制备出直径很细的纳米纤维膜，并且具有较好的化学稳定性和力学性能。
本文以聚酰胺6（PA6）为主要原料，探究了静电纺丝技术制备PA6基纳米纤维膜的过程，并研究了其在空气过滤方面的性能。
此外，通过调节静电纺丝工艺参数，如聚合物浓度、电压等，探究了不同工艺条件下膜的形貌、力学性能、表面化学性质等，为进一步优化和改进纳米纤维膜的性能提供了参考。
二、实验方法1.实验材料聚酰胺6（PA6）、氯化钙（CaCl2）、丙酸甲酯（MeOH）等。
2.实验仪器电子显微镜（SEM）、原子力显微镜（AFM）、X射线光电子能谱（XPS）、万能试验机、质谱仪等。
3.实验步骤（1）制备PA6溶液：将PA6加入MeOH中，室温下搅拌均匀，再加入少量的CaCl2，继续搅拌，使PA6完全溶解，形成10-20wt%的PA6溶液。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
电场的场强有一定降低, 但高静电压下, 并不足以引 起较大变化。这样, 接收距离的增大拉长了喷射距 离, 在一定程度上提高了喷射流的细化、分裂效果。
2. 4 熔喷非织造布与纳米级纤维复合膜性能
表 1 列出了 3 种过滤材料的主要性能, 可以看
出, 熔喷非织造布覆膜后其透气性能有所下降, 但过 滤效率大幅提高, 未驻极熔喷非织造布对1 m以下
图 3 电压与纤 维直径关系曲线
2. 3 接收距离对纤维直径的影响
当纺丝液质量分数为 13% , 电压为22 kV, 喷丝 孔孔径为0 8 mm, 接收距离在17~ 26 cm间变化时, 接收距离与纤维直径之间的关系曲线如图 4 所示。
由图 4 可知, 在17~ 26 cm之间, 随着接收 距离 的增加, 纤维直径也减小。接收距离的增大虽然使
Abstract Spinning solution of poly( hexamethylene adipate) ( 13% ) was prepared using 2 1( w w) mixture of 1, 2 dichloroethane and trifluoroacetic acid as solvent at room temperature. Poly ( hexamethylene adipate) was electrospun into nano_fiber whose diameter in the range of 80 ~ 500 nm, and the nano_fiber composite membrane with electret melt blowing nonwovens was also presented. The morphology of the nano_fiber was investigated by SEM, and the filtration property of the nano_fiber composite membrane with electret melt blowing nonwovens was examined. The results showed that the filtration efficiency of nano_fiber composite membrane with electret melt blowing nonwovens to the particles diameter about 0. 3 m at a flow rate of 2. 83 L min reaches 99. 9% . Key words electrospining; poly( hexamethylene adipate) ; nano_fiber; filtration efficiency
粒子的过滤效率很低, 还不到 50% , 驻极熔喷非织
造布过滤效率约达 90% , 而覆 上纳米级纤维膜后, 对0 3 m左右的粒子过滤效率高达 99 9% 。这是因
为未驻极熔喷 非织造布过滤机理主要 依靠直接拦
截、布朗扩 散、惯性碰撞 和重力沉积等 机械阻挡作
用, 而驻极熔喷非织造布由于驻极而产生的静电效 应大大提高了其过滤性能; 在驻极体熔喷非织造布
从图 2 看出: 聚己二酸己二醇酯纳米级纤维表 面结构比较光滑, 无明显缺陷, 即无珠丝和条带等现
8
纺织学报
第 27 卷
象; 而且纳米级纤维膜具有较高的孔隙率, 使其透气 性优良, 过滤阻力低, 比较适合应用于过滤材料。
2. 2 电压对纤维直径的影响
当纺丝液质量分数为 13% , 喷丝头与收集板间 距离( 即接收距离) 为23 cm, 喷丝孔孔径为0 8 mm, 电压在17~ 26 kV间变化时, 电压与纤维直径之间的 关系曲线如图 3 所示。可以看出, 电压的提高有利 于纤维细度的降低。因为随着电压的增大, 高分子 溶液的喷射细流会产生更大的表面电荷密度, 因而 静电斥力增大, 液滴的分裂能力相应增强; 另外, 在 接收距离不变的情况下, 电压增大会使电场强度相 应增加, 从而使射流获得更大的电场力, 加速度就越 大, 导致射流及形成的纤维有更大的拉伸应力及更 大的拉伸应变速率。
上, 形成了非织造布。目前世界上已有几十种聚合 物成功进行了静电纺丝加工[ 2, 3] , 所涉及的有传统化 学纤维, 也有高性能和液晶高分子、弹性体、生物大
分子和导电高分子等, 如 DNA、胶原、丝蛋白[ 4] 等天 然高分子以及聚对苯二甲酸乙二酯[ 5] 、聚氧乙烯[6] 、 聚乙烯醇[ 7] 、聚对苯二甲酰对苯二胺、聚丙烯腈、聚 氨酯、聚乳酸[8] 、聚己内酯[9] 、聚酰亚胺、聚苯胺等合 成高分子。
基金项目: 中国石化集团资助项目( 202026)
作者简介: 康卫民( 1979- ) , 男, 博士生 。主要研 究方向为功能高分子、非织造布等。
第 10 期
康卫民等: 静电纺纳米级纤维复合膜及其过滤性能
7
为过滤材料使用。本文主要采用 1, 2 二氯乙烷和三 氟乙酸共混物为溶剂, 通过静电纺丝法在室温下纺 制出了直径在 80~ 500 nm之间的聚己二酸己二醇酯 纳米级纤维, 并将其与自行研制的驻极体熔喷非织 造布复合, 制得一种高效的新型纳米级纤维复合膜 过滤材料。
覆上纳米级纤维膜, 由于纤维细度极小导致其表面
能和活性增大, 有很强的阻隔性, 同时由于静电纺丝
过程中使纳米级纤维带上电荷, 静电吸附力进一步 增强, 从而使得其过滤效率大大提高。
表 1 过滤材料 性能比较
样品
面密度 厚度
透气性
过滤效率 %
( g m- 2 ) mm ( L m- 2 s- 1) 0. 3 m 0. 5 m 1 m
1 5 性能测试
采用 FEI 公司生产的 QUANTA 200 型扫描电子 显微镜观察纳米级纤维非织造布的表面形态结构。 采用温州市大荣纺织仪器 有限公司生产的 YG( B) 141D 型数字式织物厚度仪对非织造布厚度进行测 试。采用宁波纺织仪 器厂生产的 YG461 型织 物中
图 2 聚己二酸己二醇酯纳米 级纤维膜扫描电镜照片
第 27 卷 第 10 期 2006 年 10 月
文章编号: 0253 9721( 2006) 10 0006 04
纺织学报 Journal of Textile Research
Vol. 27 No. 10 Oct. 2006
静电纺纳米级纤维复合膜及其过滤性能
康卫民1,2, 程博闻1, 庄旭品1,2, 丁长坤1
1 4 驻极体熔喷非织造布及复合膜制备
将聚丙烯切片在螺杆挤压机中熔融挤出, 通过 高温高速气流喷吹, 在成网网帘上形成纤网, 然后对 纤网进行电晕放电驻极, 制得驻极体熔喷非织造布, 其中驻极电 压- 5~ - 10 kV, 驻极 间距1~ 2 cm。在 纺丝液质量分数为 13% 、溶液流量为2 mL h, 电压为 22 kV和接收距离为23 cm 时进行静电纺丝, 得到聚 己二酸己二醇酯纳米级纤维, 直接将纳米级纤维喷 洒在驻极体熔喷非织造布上, 制得驻极体熔喷非织 造布与纳米级纤维复合膜。纺丝装置如图 1 所示。
离在17~ 26 cm范围内变化时, 可以纺制直径范围为
80~ 500 nm 的聚己二酸己二醇酯纳米级纤维。
2) 静电纺丝工艺参数的变化对聚己二酸己二 醇酯纳米级纤维的直径有很大影响, 纺丝电压升高、
接收距离增大均可使纤维的直径变细。
3) 驻极熔喷非织造布覆纳米级纤维膜后, 透气
性有所下降, 但其过滤效率显著提高, 对0. 3 m左右
( 1. Tianjin Key Laboratory of Fiber Modification and Functional Fiber , Tianjin Polytechnic University , Tianjin 300160, China; 2. School of T extiles , T ianj in Polytechnic University , Tianjin 300160, China)
静电纺丝是目前制造纳米级纤维的基本方法, 它所纺制的纤维直径范围在10 nm~ 10 m 之间[ 1] 。 静电纺丝过程是带电聚合物溶液或熔体在电场力的 作用下流动变形, 当电场力足够大时, 聚合物液滴可 克服表面张力形成喷射细流, 喷射细流在外加电场 中发生不稳定运动如 鞭动 并分裂, 同时溶剂挥发 或熔体固化形成超细纤维。之后纤维落在接收装置
中图分类号:TQ340. 64
文献标识码: A
Electrospun nano fiber composite membrane and its filtration properties
KANG Wei min1,2 , CHENG Bo wen1 , ZHUANG Xu pin1, 2 , DING Chang kun1
的粒子过滤效率高达 99 9% , 可用作高效精密过滤
材料, 具有良好的应用前景。
FZXB
( 下转第 13 页)
第 10 期
徐宾刚等: 纱线扭结分布特征的计算机自动识别方法
由静电纺超细纤维构成的非织造布具有纤维细
度极小的特点和良好的电荷保持能力, 使其表面能 和活性增大, 有很强的阻隔性和静电吸附力, 是一种 优良的驻极体过滤材料[ 10] 。但由于受静电纺丝条
件所限, 所纺纤维强度较低, 目前还很难单独将它作
收稿日期: 2005- 12- 09
修回日期: 2006- 04- 26
压透气量仪对非织造布透气性进行测试。采用苏州 市洁净技术研究所生产的 CLJ 03A 型激光尘埃粒子 计数器对空气中不同粒径粉尘粒子的过滤性能进行 测试, 流量2 83 L min。
2 结果与讨论
2 1 纳米级纤维膜的表面形态结构
图 2 为聚己二酸己二醇酯纳米级纤维膜扫描电 镜照片。