静电纺PLA梯度复合滤料的制备及过滤性能研究

 行业新闻     |      2021-03-26    |    点击数:229

提高对小直径颗粒的过滤效率,采用静电纺丝法制备了聚乳酸(PLA)纳米纤维毡,并将其与聚丙烯(PP)纺粘熔喷非织造基布复合,通过调节纺丝电压、纺丝时间和纤维毡层数,形成梯度结构复合过滤材料。结果表明:PLA静电纺纳米纤维的直径随着纺丝电压的升高而减小;PLA纳米纤维毡可显著提高PP纺粘熔喷非织造基布对小直径颗粒的过滤效率,随着纺丝时间和纳米纤维毡层数的增加,梯度结构复合滤料的过滤效率得到提高,但过滤阻力呈现上升趋势;当纳米纤维纤维毡层数为3层、每层纺丝时间为1.5h时,复合滤料对0.3μm和0.5μm颗粒的过滤效率分别可达97.291%和98.862%,但过滤阻力达到39Pa。

1.静电纺PLA梯度复合滤料的制备及过滤性能研究

    非织造材料具有三维立体网状曲径式孔结构,同 时具有高产量、低成本及短生产工艺流程等特点, 目前在空气过滤领域得到了广泛应用。传统非织造过 滤材料(水刺、纺粘和熔喷等)虽然表现出良好的过滤 性能,但受限于纤维直径较粗(微米级)和孔径较大等 因素,当大气中固体颗粒物浓度增大时,其对微纳 米级颗粒的过滤效果并不理想。降低纤维直径和减小 孔径可有效提升过滤材料对微纳米颗粒的捕获能力, 但同时也会增加材料滤阻。因此,制备高效低阻 的空气过滤材料具有重要意义。

 

 

 

 

    静电纺纳米纤维毡具有纤维直径小、吸附能力强、 比表面积大、孔隙率高和孔径小等特点,对微纳米颗粒 的捕获能力较强,在空气过滤领域有着广阔的应用前 景。但静电纺纳米纤维毡的强力较低、使用寿命 较短,易因大颗粒物阻塞孔径而失效,同时为达到一定 的力学强度增加纳米纤维毡的厚度,又会造成滤阻增 大。因此,静电纺纳米纤维毡较难单独用作过滤 材料,需利用非织造过滤材料作为基布以提供支撑及 过滤大颗粒物,并将静电纺纳米纤维毡与其复合,以制 备高过滤性能和低滤阻的复合过滤材料。研究发现, 纺丝电压对静电纺纤维的直径影响较大,而不同纤维 直径的纳米纤维毡的孔径尺寸、纤维表面效应等均影 响其过滤性能。不同纤维直径的纳米纤维毡 叠加复合后制备的多层复合纤维滤料具有较高的过滤 效率和较低的压降。因此,将不同纤维直径的纤维滤 料复合,形成梯度过滤材料,有利于提高过滤材料的过 滤效率和降低滤阻。

 

 

    本研究将聚丙烯(PP)熔喷纺粘非织造材料作为基 布,利用 溶 液 静 电 纺 丝 技 术,以 环 境 友 好 型 聚 乳 酸 (PLA)树脂为原料,利用滚筒式接收屏,横向移动注射 泵,在PP非织造材料上直接进行静电纺丝接收,并通过 改变纺丝电压和纺丝时间来调节静电纺纳米纤维毡的 层数和纤维直径,制备出梯度结构复合滤料,并对复合 滤料的外观形态、孔隙结构和过滤性能进行测试研究。

 

 

2.结论

(1)PLA 纳米纤维毡与 PP纺粘熔喷非织造基布 复合制备的梯度过滤材料可显著提高对 0.3μm 和 0.5μm直径颗粒的过滤效率。

 

(2)当纳米纤维毡层数固定时,随着纺丝时间的 增加,梯度过滤材料的厚度增大,对0.3μm 和0.5μm 颗粒的过滤效率有较大的提升,但过滤阻力随之增加; 当每层纳米纤维毡纺丝时间固定时,随着纳米纤维毡 层数的增加,梯度过滤材料的厚度增大,对0.3μm 和 0.5μm 颗粒的过滤效率也有较大的提升,但过滤阻力 也随之增加;当纳米纤维毡层数为3层,每层纺丝时间 为1.5h时,复合滤料对0.3μm 和0.5μm 直径颗粒 的过滤效率分别提升了10.8 %和6.2 %。

 

(3)纳米纤维毡层数和每层纺丝时间对梯度过滤 材料的孔径分布有显著影响。随着纺丝时间的延长, 梯度复合材料的平均孔径呈减小趋势;当纳米纤维毡 层数为3层,纺丝时间为1.5h时,梯度复合滤料的平 均孔径、最大孔径和最小孔径均有较大程度减小。