空气过滤用微纳米纤维多层梯度复合材料的制备与性能

魏 楚，钱晓明，钱 幺，刘永胜

(天津工业大学纺织科学与工程学院，天津 300387)

1 前 言

随着工业化的发展，人们面临着环境恶化、空气污染的重大问题，因此对高效低阻的空气过滤材料的要求越来越高。传统单层型纤维过滤材料是人们解决空气质量问题常用的工具之一，但这种材料通过增加厚度或填充密度来提高过滤效率的同时，其过滤阻力也会呈线性增加，而复合型纤维过滤材料是由两种或两种以上的单层材料组成，集合了几种单层材料的优点且得到广泛研究[1-2]。静电纺丝纳米纤维复合材料是近几年空气过滤[3]、海水淡化[4]等研究方向之一。静电纺纳米纤维具有极细的纤维直径，较高的比表面积、孔隙率以及很强的吸附力[5]，对微细颗粒的过滤作用较优[6]，其中常用的原料聚丙烯腈(PAN)带有极性官能团，对微细颗粒具有较强的粘附力，且具有良好的纺丝性能[7-9]。但由于纳米纤维膜具有机械强力低、易被破坏等缺点[10]，常以成型布(非织造布和机织布等)[11-12]、纤维网[13-14]作为接收基材。为了进一步提高复合材料的过滤效率和降低过滤阻力，人们对制备技术和材料结构进行了研究，通过静电纺丝制备直径梯度[15-16]、材料结构梯度[17-18]和填充密度梯度[19-20]等两层或多层复合空气过滤材料，发现直径大、孔径大或填充密度小的纤维层过滤大颗粒物，直径小、孔径小或填充密度大的纤维层过滤小颗粒物，可以有效提高滤料的综合性能。丁彬等[21]采用多针头静电纺……