CN111746076A - 一种过滤面料、口罩及其生产方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及纳米材料技术领域，具体涉及一种过滤面料及其生产方法,该过滤面料包括：过滤层和载体层,所述过滤层贴附于所述载体层的表面，所述过滤层由纳米纤维丝网构成，且该过滤层上设有两个以上的透气孔；所述载体层的硬度高于所述过滤层的硬度；本发明的过滤面料由于在过滤层上加设了载体层，使有效地提高了面料的硬度，其使得过滤层可以采用更轻薄的结构，其在增大了面料的透气性的同时，也减少了面料的厚度，使得用户佩戴更为舒适。

Description

一种过滤面料、口罩及其生产方法
技术领域
本发明涉及纳米材料技术领域，具体涉及一种过滤面料、口罩以及该过滤面料的生产方法。
背景技术
近年来，随着工业的发展，各种工业废气、汽车尾气的排放量也越来越多，其导致空气污染的现象越发严重；而为了减少废气的吸入，越来越多人会在户外佩戴口罩，以减少吸入污染物颗粒。
现今市面上出现了一些由多层纤维制成的口罩，通过该口罩的内部结构使进入口罩内的空气污染颗粒通过重力沉降，惯性撞击，拦截，扩散和静电沉积过滤，从而吸附气流中的颗粒。由于此类口罩的过滤面料是由热塑性微纤维通过非织造纤维网制成，其过滤效率取决于通过过滤材料的颗粒大小，填充量，浓度和流速；由于口罩的性能关系着人们的健康，故行业内都口罩的性能都有相应的标准，如：欧盟EN149标准、澳大利亚AS1716标准、日本MOL验证标准和中国国家标准GB6223-86UDC614.894等；上述标准均要求口罩的过滤效率要在80％以上。
而为了达到上述标准所要求的过滤效率，在现有技术中，口罩的过滤面料的厚度均被设计得较厚，故其导致气体流通性较差；长时间佩戴后会使脸部温度升高，导致憋闷感，严重者甚至会影响佩戴者的健康。
发明内容
为克服上述缺陷，本发明的目的即在于提供一种轻薄且具有高透气性口罩用的过滤面料、口罩及其生产方法。
本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：
本发明是一种过滤面料，包括：
过滤层和载体层,所述过滤层贴附于所述载体层的表面，所述过滤层由纳米纤维丝网构成，且该过滤层上设有两个以上的透气孔；所述载体层的硬度高于所述过滤层的硬度。
在本发明中，所述纳米纤维丝网中的纤维直径小于100nm，所述透气孔的直径为100-200nm。
在本发明中，所述过滤层由聚丙烯腈、聚己内酰胺、聚乙烯醇、聚苯乙烯、聚丙烯中的一种与甲酸相混合构成，所述载体层由聚乙烯纤维隔膜构成。
本发明是一种口罩，包括：如上所述的过滤面料，所述过滤面料上设有系带。
本发明是一种过滤面料的生产方法，包括：
将纳米聚合物纤维溶液和甲酸溶剂进行混合，得到聚合物溶剂；
通过静电纺丝的方式，将所述聚合物溶剂制作成带有电极性的纳米纤维丝网；
将所述纳米纤维丝网通过热压的方式压合到载体层上，得到过滤面料，所述纳米纤维丝网作为所述过滤面料中的过滤层。
在本发明中，所述纳米聚合物纤维溶液包括：聚丙烯腈、聚己内酰胺、聚乙烯醇、聚苯乙烯、聚丙烯中的一种溶液；所述载体层由聚乙烯纤维隔膜构成。
在本发明中，所述通过静电纺丝的方式，将所述聚合物溶剂制作成纳米纤维丝网包括：
将所述聚合物溶剂装入注射器中并连接上电源；同时，将铜箔接地；
将所述注射器的针尖对准所述铜箔，以0.05-0.1mL/h的速度将所述聚合物溶剂从该注射器的针尖中抽出，并在针尖上施加10-20kV的电压，使得在所述铜箔的表面上生成纳米纤维丝网。
在本发明中，所述将所述纳米纤维丝网通过热压的方式压合到预先准备好的载体层上，得到过滤面料包括：
将所述纳米纤维丝网覆盖于所述载体层上，然后将覆盖有纳米纤维丝网的载体层送进热轧压力机中；所述热轧压力机的工作温度为40-45℃，工作速率为1.5-2mm/sec；
在所述纳米纤维丝网与所述载体层相压紧贴合后，将所述纳米纤维丝网上的铜箔剥离，得到过滤面料。
在本发明中，所述聚合物溶剂中纳米聚合物纤维溶液的质量浓度为0.5％-18wt％。
在本发明中，所述纳米纤维丝网中的纤维直径小于100nm，所述纳米纤维丝网中透气孔的直径为100-200nm。
本发明的过滤面料中的过滤层由纳米纤维丝网构成，其在保证了过滤效果的同时，极大地减少了过滤层的厚度；并且由于在过滤层上加设了载体层，使得过滤面料变得更轻薄的同时，其有效地维持了过滤面料的刚度，有利于增大了过滤面料的透气性，使得用户佩戴更为舒适，适合于长时间的佩戴使用。
附图说明
为了易于说明，本发明由下述的较佳实施例及附图作详细描述。
图1为本发明过滤面料的生产方法的工作流程示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个所述特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接。可以是机械连接，也可以是电连接。可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
下面对本发明的一种过滤面料进行具体描述，其包括：
本发明是一种过滤面料，包括：
过滤层和载体层,所述过滤层贴附于所述载体层的表面，所述过滤层由纳米纤维丝网构成，且该过滤层上设有两个以上的透气孔；所述载体层的硬度高于所述过滤层的硬度。由于载体层的硬度高于所述过滤层的硬度，其能有效地提升过来面料的结构稳定性，且该过滤层也不需要以增大其厚度的方式来提升结构稳定性。
在本发明中，所述纳米纤维丝网中的纤维直径小于100nm，所述透气孔的直径为100-200nm。由于纳米纤维丝网其极小的直径能让压强大大减少，在极性吸引住空气污染物颗粒的同时，允许较大的空气量通过。
在本发明中，所述过滤层由聚丙烯腈、聚己内酰胺、聚乙烯醇、聚苯乙烯、聚丙烯等具有极性功能的聚合物纳米纤维与甲酸相混合构成，在本实施中，若聚合物中存在可测的正负电荷，则其可被认为是具有极性功能的聚合物，而在聚合物纳米纤维中其具有高表面积与体积比且在过滤应用中具有巨大的过滤能力；优选地，由于聚丙烯腈,聚己内酰胺这两种聚合物层有较均匀的纳米结构，使其具有很好的污染颗粒过滤能力，故本实施例中选用由聚己内酰胺和甲酸混合物所构成的纳米纤维丝网来构成过滤层，并且该过滤层中存在电极性；所述载体层由聚乙烯纤维隔膜相组合构成；其中，该聚乙烯纤维隔膜具体可采用在锂电池隔膜中有应用的聚乙烯纤维隔膜，该聚乙烯纤维隔膜中具有一系列多层的和相互连接的纳米孔；其用该聚乙烯纤维隔膜作为载体层，聚乙烯纤维隔膜对人体发出的红外辐射是极易穿过的，所以此材料不仅安全且散热性极佳。
本发明是一种口罩，包括：如上所述的过滤面料，所述过滤面料上设有系带。本发明的过滤面料还可用于制作其他具有过滤功能的产品，此处不作具体限定。
下面以多个不同成分组合的实施例之间的性能进行比较的方式，对本发明的过滤面料良好的气体流通性与过滤效果进行了进一步的说明，其具体包括：
实施例1：
本发明是一种过滤面料，包括：
过滤层和载体层,所述过滤层贴附于所述载体层的表面，所述过滤层由浓度为0.5wt％的聚丙烯腈与甲酸混合的纳米纤维丝网构成，且该过滤层上设有多个的透气孔；所述纳米纤维丝网直径小于100nm，所述透气孔的直径为100-200nm；由于聚丙烯腈自身带有静电荷，故该纳米纤维丝网表现出电极性；纳米纤维丝网上的静电荷的主要作用是使空气污染颗粒能够捕获远距离的污染颗粒，从而提高捕获效率。同时，静电荷能一定程度的使过滤层能自然，均匀地链接载体层，使其在制作过程中不会出现损坏，并保证过滤层的透气性，且所述载体层由聚乙烯纤维隔膜构成。为了测试本实施例中的过滤面料的压降和过滤效果，本发明将0.3μm颗粒物浓度为测试物，在时风速为0.15米/秒，湿度为30-35％，检测流量为800cm^3/s的环境下进行测试，其所测试得到的压降值为370Pa，过滤效率为85.27％。其中，压降值越小其代表着气体流通性越好。
实施例2：
本发明是一种过滤面料，包括：
过滤层和载体层,所述过滤层贴附于所述载体层的表面，所述过滤层由浓度为0.8wt％的聚丙烯腈与甲酸混合的纳米纤维丝网构成，且该过滤层上设有多个的透气孔；所述纳米纤维丝网直径小于100nm，所述透气孔的直径为100-200nm；由于聚丙烯腈自身带有静电荷，故该纳米纤维丝网表现出电极性；纳米纤维丝网上的静电荷的主要作用是使空气污染颗粒能够捕获远距离的污染颗粒，从而提高捕获效率。同时，静电荷能一定程度的使过滤层能自然，均匀地链接载体层，使其在制作过程中不会出现损坏，并保证过滤层的透气性，且所述载体层由过滤海绵构成。为了测试本实施例中的过滤面料的压降和过滤效果，本发明将0.3μm颗粒物浓度为测试物，在时风速为0.15米/秒，湿度为30-35％，检测流量为800cm^3/s的环境下进行测试，其所测试得到的压降值为360Pa，过滤效率为86.91％。其中，压降值越小其代表着气体流通性越好。
实施例3：
本发明是一种过滤面料，包括：
过滤层和载体层,所述过滤层贴附于所述载体层的表面，所述过滤层由浓度为0.8wt％的聚丙烯腈与甲酸混合的纳米纤维丝网构成，且该过滤层上设有多个的透气孔；所述纳米纤维丝网直径小于100nm，所述透气孔的直径为100-200nm；由于聚丙烯腈自身带有静电荷，故该纳米纤维丝网表现出电极性；纳米纤维丝网上的静电荷的主要作用是使空气污染颗粒能够捕获远距离的污染颗粒，从而提高捕获效率。同时，静电荷能一定程度的使过滤层能自然，均匀地链接载体层，使其在制作过程中不会出现损坏，并保证过滤层的透气性，且所述载体层由无纺布构成。为了测试本实施例中的过滤面料的压降和过滤效果，本发明将0.3μm颗粒物浓度为测试物，在时风速为0.15米/秒，湿度为30-35％，检测流量为800cm^3/s的环境下进行测试，其所测试得到的压降值为363Pa，过滤效率为85.10％。其中，压降值越小其代表着气体流通性越好。
实施例4：
本发明是一种过滤面料，包括：
过滤层和载体层,所述过滤层贴附于所述载体层的表面，所述过滤层由浓度为0.8wt％的聚丙烯腈与甲酸混合的纳米纤维丝网构成，且该过滤层上设有多个的透气孔；所述纳米纤维丝网直径小于100nm，所述透气孔的直径为100-200nm；由于聚丙烯腈自身带有静电荷，故该纳米纤维丝网表现出电极性；纳米纤维丝网上的静电荷的主要作用是使空气污染颗粒能够捕获远距离的污染颗粒，从而提高捕获效率。同时，静电荷能一定程度的使过滤层能自然，均匀地链接载体层，使其在制作过程中不会出现损坏，并保证过滤层的透气性，且所述载体层由聚乙烯纤维隔膜构成。为了测试本实施例中的过滤面料的压降和过滤效果，本发明将0.3μm颗粒物浓度为测试物，在时风速为0.15米/秒，湿度为30-35％，检测流量为800cm^3/s的环境下进行测试，其所测试得到的压降值为357Pa，过滤效率为88.78％。其中，压降值越小其代表着气体流通性越好。
实施例5：
本发明是一种过滤面料，包括：
过滤层和载体层,所述过滤层贴附于所述载体层的表面，所述过滤层由浓度为5wt％的聚丙烯腈与甲酸混合的纳米纤维丝网构成，且该过滤层上设有多个的透气孔；所述纳米纤维丝网直径小于100nm，所述透气孔的直径为100-200nm；由于聚丙烯腈自身带有静电荷，故该纳米纤维丝网表现出电极性；纳米纤维丝网上的静电荷的主要作用是使空气污染颗粒能够捕获远距离的污染颗粒，从而提高捕获效率。同时，静电荷能一定程度的使过滤层能自然，均匀地链接载体层，使其在制作过程中不会出现损坏，并保证过滤层的透气性，且所述载体层由过滤海绵构成。为了测试本实施例中的过滤面料的压降和过滤效果，本发明将0.3μm颗粒物浓度为测试物，在时风速为0.15米/秒，湿度为30-35％，检测流量为800cm^3/s的环境下进行测试，其所测试得到的压降值为280Pa，过滤效率为93.65％。其中，压降值越小其代表着气体流通性越好。
实施例6：
本发明是一种过滤面料，包括：
过滤层和载体层,所述过滤层贴附于所述载体层的表面，所述过滤层由浓度为5wt％的聚丙烯腈与甲酸混合的纳米纤维丝网构成，且该过滤层上设有多个的透气孔；所述纳米纤维丝网直径小于100nm，所述透气孔的直径为100-200nm；由于聚丙烯腈自身带有静电荷，故该纳米纤维丝网表现出电极性；纳米纤维丝网上的静电荷的主要作用是使空气污染颗粒能够捕获远距离的污染颗粒，从而提高捕获效率。同时，静电荷能一定程度的使过滤层能自然，均匀地链接载体层，使其在制作过程中不会出现损坏，并保证过滤层的透气性，且所述载体层由聚乙烯纤维隔膜构成。为了测试本实施例中的过滤面料的压降和过滤效果，本发明将0.3μm颗粒物浓度为测试物，在时风速为0.15米/秒，湿度为30-35％，检测流量为800cm^3/s的环境下进行测试，其所测试得到的压降值为267Pa，过滤效率为93.01％。其中，压降值越小其代表着气体流通性越好。
实施例7：
本发明是一种过滤面料，包括：
过滤层和载体层,所述过滤层贴附于所述载体层的表面，所述过滤层由浓度为7wt％的聚丙烯腈与甲酸混合的纳米纤维丝网构成，且该过滤层上设有多个的透气孔；所述纳米纤维丝网直径小于100nm，所述透气孔的直径为100-200nm；由于聚丙烯腈自身带有静电荷，故该纳米纤维丝网表现出电极性；纳米纤维丝网上的静电荷的主要作用是使空气污染颗粒能够捕获远距离的污染颗粒，从而提高捕获效率。同时，静电荷能一定程度的使过滤层能自然，均匀地链接载体层，使其在制作过程中不会出现损坏，并保证过滤层的透气性，且所述载体层由聚乙烯纤维隔膜构成。为了测试本实施例中的过滤面料的压降和过滤效果，本发明将0.3μm颗粒物浓度为测试物，在时风速为0.15米/秒，湿度为30-35％，检测流量为800cm^3/s的环境下进行测试，其所测试得到的压降值为280Pa，过滤效率为92.89％。其中，压降值越小其代表着气体流通性越好。
实施例8：
本发明是一种过滤面料，包括：
过滤层和载体层,所述过滤层贴附于所述载体层的表面，所述过滤层由浓度为6.2wt％的聚丙烯腈与甲酸混合的纳米纤维丝网构成，且该过滤层上设有多个的透气孔；所述纳米纤维丝网直径小于100nm，所述透气孔的直径为100-200nm；由于聚丙烯腈自身带有静电荷，故该纳米纤维丝网表现出电极性；纳米纤维丝网上的静电荷的主要作用是使空气污染颗粒能够捕获远距离的污染颗粒，从而提高捕获效率。同时，静电荷能一定程度的使过滤层能自然，均匀地链接载体层，使其在制作过程中不会出现损坏，并保证过滤层的透气性，且所述载体层由无纺布构成。为了测试本实施例中的过滤面料的压降和过滤效果，本发明将0.3μm颗粒物浓度为测试物，在时风速为0.15米/秒，湿度为30-35％，检测流量为800cm^3/s的环境下进行测试，其所测试得到的压降值为421Pa，过滤效率为84.10％。其中，压降值越小其代表着气体流通性越好。
实施例9：
本发明是一种过滤面料，包括：
过滤层和载体层,所述过滤层贴附于所述载体层的表面，所述过滤层由浓度为6.2wt％的聚丙烯腈与甲酸混合的纳米纤维丝网构成，且该过滤层上设有多个的透气孔；所述纳米纤维丝网直径小于100nm，所述透气孔的直径为100-200nm；由于聚丙烯腈自身带有静电荷，故该纳米纤维丝网表现出电极性；纳米纤维丝网上的静电荷的主要作用是使空气污染颗粒能够捕获远距离的污染颗粒，从而提高捕获效率。同时，静电荷能一定程度的使过滤层能自然，均匀地链接载体层，使其在制作过程中不会出现损坏，并保证过滤层的透气性，且所述载体层由过滤海绵构成。为了测试本实施例中的过滤面料的压降和过滤效果，本发明将0.3μm颗粒物浓度为测试物，在时风速为0.15米/秒，湿度为30-35％，检测流量为800cm^3/s的环境下进行测试，其所测试得到的压降值为272Pa，过滤效率为94.08％。其中，压降值越小其代表着气体流通性越好。
实施例10：
本发明是一种过滤面料，包括：
过滤层和载体层,所述过滤层贴附于所述载体层的表面，所述过滤层由浓度为6.2wt％的聚丙烯腈与甲酸混合的纳米纤维丝网构成，且该过滤层上设有多个的透气孔；所述纳米纤维丝网直径小于100nm，所述透气孔的直径为100-200nm；由于聚丙烯腈自身带有静电荷，故该纳米纤维丝网表现出电极性；纳米纤维丝网上的静电荷的主要作用是使空气污染颗粒能够捕获远距离的污染颗粒，从而提高捕获效率。同时，静电荷能一定程度的使过滤层能自然，均匀地链接载体层，使其在制作过程中不会出现损坏，并保证过滤层的透气性，且所述载体层由聚乙烯纤维隔膜构成。为了测试本实施例中的过滤面料的压降和过滤效果，本发明将0.3μm颗粒物浓度为测试物，在时风速为0.15米/秒，湿度为30-35％，检测流量为800cm^3/s的环境下进行测试，其所测试得到的压降值为248Pa，过滤效率为96.37％。其中，压降值越小其代表着气体流通性越好。
实施例11：
本发明是一种过滤面料，包括：
过滤层和载体层,所述过滤层贴附于所述载体层的表面，所述过滤层由浓度为0.5wt％的聚己内酰胺与甲酸混合的纳米纤维丝网构成，且该过滤层上设有多个的透气孔；所述纳米纤维丝网直径小于100nm，所述透气孔的直径为100-200nm；由于聚丙烯腈自身带有静电荷，故该纳米纤维丝网表现出电极性；纳米纤维丝网上的静电荷的主要作用是使空气污染颗粒能够捕获远距离的污染颗粒，从而提高捕获效率。同时，静电荷能一定程度的使过滤层能自然，均匀地链接载体层，使其在制作过程中不会出现损坏，并保证过滤层的透气性，且所述载体层由过滤海绵构成。为了测试本实施例中的过滤面料的压降和过滤效果，本发明将0.3μm颗粒物浓度为测试物，在时风速为0.15米/秒，湿度为30-35％，检测流量为800cm^3/s的环境下进行测试，其所测试得到的压降值为368Pa，过滤效率为87.09％。其中，压降值越小其代表着气体流通性越好。
实施例12：
本发明是一种过滤面料，包括：
过滤层和载体层,所述过滤层贴附于所述载体层的表面，所述过滤层由浓度为0.8wt％的聚己内酰胺与甲酸混合的纳米纤维丝网构成，且该过滤层上设有多个的透气孔；所述纳米纤维丝网直径小于100nm，所述透气孔的直径为100-200nm；由于聚丙烯腈自身带有静电荷，故该纳米纤维丝网表现出电极性；纳米纤维丝网上的静电荷的主要作用是使空气污染颗粒能够捕获远距离的污染颗粒，从而提高捕获效率。同时，静电荷能一定程度的使过滤层能自然，均匀地链接载体层，使其在制作过程中不会出现损坏，并保证过滤层的透气性，且所述载体层由过滤海绵构成。为了测试本实施例中的过滤面料的压降和过滤效果，本发明将0.3μm颗粒物浓度为测试物，在时风速为0.15米/秒，湿度为30-35％，检测流量为800cm^3/s的环境下进行测试，其所测试得到的压降值为319Pa，过滤效率为87.28％。其中，压降值越小其代表着气体流通性越好。
实施例13：
本发明是一种过滤面料，包括：
过滤层和载体层,所述过滤层贴附于所述载体层的表面，所述过滤层由浓度为1wt％的聚己内酰胺与甲酸混合的纳米纤维丝网构成，且该过滤层上设有多个的透气孔；所述纳米纤维丝网直径小于100nm，所述透气孔的直径为100-200nm；由于聚丙烯腈自身带有静电荷，故该纳米纤维丝网表现出电极性；纳米纤维丝网上的静电荷的主要作用是使空气污染颗粒能够捕获远距离的污染颗粒，从而提高捕获效率。同时，静电荷能一定程度的使过滤层能自然，均匀地链接载体层，使其在制作过程中不会出现损坏，并保证过滤层的透气性，且所述载体层由聚乙烯纤维隔膜构成。为了测试本实施例中的过滤面料的压降和过滤效果，本发明将0.3μm颗粒物浓度为测试物，在时风速为0.15米/秒，湿度为30-35％，检测流量为800cm^3/s的环境下进行测试，其所测试得到的压降值为298Pa，过滤效率为90.29％。其中，压降值越小其代表着气体流通性越好。
实施例14：
本发明是一种过滤面料，包括：
过滤层和载体层,所述过滤层贴附于所述载体层的表面，所述过滤层由浓度为10wt％的聚己内酰胺与甲酸混合的纳米纤维丝网构成，且该过滤层上设有多个的透气孔；所述纳米纤维丝网直径小于100nm，所述透气孔的直径为100-200nm；由于聚丙烯腈自身带有静电荷，故该纳米纤维丝网表现出电极性；纳米纤维丝网上的静电荷的主要作用是使空气污染颗粒能够捕获远距离的污染颗粒，从而提高捕获效率。同时，静电荷能一定程度的使过滤层能自然，均匀地链接载体层，使其在制作过程中不会出现损坏，并保证过滤层的透气性，且所述载体层由聚乙烯纤维隔膜构成。为了测试本实施例中的过滤面料的压降和过滤效果，本发明将0.3μm颗粒物浓度为测试物，在时风速为0.15米/秒，湿度为30-35％，检测流量为800cm^3/s的环境下进行测试，其所测试得到的压降值为239Pa，过滤效率为96.62％。其中，压降值越小其代表着气体流通性越好。
实施例15：
本发明是一种过滤面料，包括：
过滤层和载体层,所述过滤层贴附于所述载体层的表面，所述过滤层由浓度为18wt％的聚己内酰胺与甲酸混合的纳米纤维丝网构成，且该过滤层上设有多个的透气孔；所述纳米纤维丝网直径小于100nm，所述透气孔的直径为100-200nm；由于聚丙烯腈自身带有静电荷，故该纳米纤维丝网表现出电极性；纳米纤维丝网上的静电荷的主要作用是使空气污染颗粒能够捕获远距离的污染颗粒，从而提高捕获效率。同时，静电荷能一定程度的使过滤层能自然，均匀地链接载体层，使其在制作过程中不会出现损坏，并保证过滤层的透气性，且所述载体层由聚乙烯纤维隔膜构成。为了测试本实施例中的过滤面料的压降和过滤效果，本发明将0.3μm颗粒物浓度为测试物，在时风速为0.15米/秒，湿度为30-35％，检测流量为800cm^3/s的环境下进行测试，其所测试得到的压降值为220Pa，过滤效率为99.02％。其中，压降值越小其代表着气体流通性越好。
实施例16：
本发明是一种过滤面料，包括：
过滤层和载体层,所述过滤层贴附于所述载体层的表面，所述过滤层由浓度为16wt％的聚己内酰胺与甲酸混合的纳米纤维丝网构成，且该过滤层上设有多个的透气孔；所述纳米纤维丝网直径小于100nm，所述透气孔的直径为100-200nm；由于聚丙烯腈自身带有静电荷，故该纳米纤维丝网表现出电极性；纳米纤维丝网上的静电荷的主要作用是使空气污染颗粒能够捕获远距离的污染颗粒，从而提高捕获效率。同时，静电荷能一定程度的使过滤层能自然，均匀地链接载体层，使其在制作过程中不会出现损坏，并保证过滤层的透气性，且所述载体层由聚乙烯纤维隔膜构成。为了测试本实施例中的过滤面料的压降和过滤效果，本发明将0.3μm颗粒物浓度为测试物，在时风速为0.15米/秒，湿度为30-35％，检测流量为800cm^3/s的环境下进行测试，其所测试得到的压降值为216Pa，过滤效率为99.56％。其中，压降值越小其代表着气体流通性越好。
实施例17：
本发明是一种过滤面料，包括：
过滤层和载体层,所述过滤层贴附于所述载体层的表面，所述过滤层由浓度为15wt％的聚己内酰胺与甲酸混合的纳米纤维丝网构成，且该过滤层上设有多个的透气孔；所述纳米纤维丝网直径小于100nm，所述透气孔的直径为100-200nm；由于聚丙烯腈自身带有静电荷，故该纳米纤维丝网表现出电极性；纳米纤维丝网上的静电荷的主要作用是使空气污染颗粒能够捕获远距离的污染颗粒，从而提高捕获效率。同时，静电荷能一定程度的使过滤层能自然，均匀地链接载体层，使其在制作过程中不会出现损坏，并保证过滤层的透气性，且所述载体层由无纺布构成。为了测试本实施例中的过滤面料的压降和过滤效果，本发明将0.3μm颗粒物浓度为测试物，在时风速为0.15米/秒，湿度为30-35％，检测流量为800cm^3/s的环境下进行测试，其所测试得到的压降值为307Pa，过滤效率为95.12％。其中，压降值越小其代表着气体流通性越好。
实施例18：
本发明是一种过滤面料，包括：
过滤层和载体层,所述过滤层贴附于所述载体层的表面，所述过滤层由浓度为15wt％的聚己内酰胺与甲酸混合的纳米纤维丝网构成，且该过滤层上设有多个的透气孔；所述纳米纤维丝网直径小于100nm，所述透气孔的直径为100-200nm；由于聚丙烯腈自身带有静电荷，故该纳米纤维丝网表现出电极性；纳米纤维丝网上的静电荷的主要作用是使空气污染颗粒能够捕获远距离的污染颗粒，从而提高捕获效率。同时，静电荷能一定程度的使过滤层能自然，均匀地链接载体层，使其在制作过程中不会出现损坏，并保证过滤层的透气性，且所述载体层由过滤海绵构成。为了测试本实施例中的过滤面料的压降和过滤效果，本发明将0.3μm颗粒物浓度为测试物，在时风速为0.15米/秒，湿度为30-35％，检测流量为800cm^3/s的环境下进行测试，其所测试得到的压降值为221Pa，过滤效率为99.32％。其中，压降值越小其代表着气体流通性越好。
实施例19：
本发明是一种过滤面料，包括：
过滤层和载体层,所述过滤层贴附于所述载体层的表面，所述过滤层由浓度为15wt％的聚己内酰胺与甲酸混合的纳米纤维丝网构成，且该过滤层上设有多个的透气孔；所述纳米纤维丝网直径小于100nm，所述透气孔的直径为100-200nm；由于聚丙烯腈自身带有静电荷，故该纳米纤维丝网表现出电极性；纳米纤维丝网上的静电荷的主要作用是使空气污染颗粒能够捕获远距离的污染颗粒，从而提高捕获效率。同时，静电荷能一定程度的使过滤层能自然，均匀地链接载体层，使其在制作过程中不会出现损坏，并保证过滤层的透气性，且所述载体层由聚乙烯纤维隔膜构成。为了测试本实施例中的过滤面料的压降和过滤效果，本发明将0.3μm颗粒物浓度为测试物，在时风速为0.15米/秒，湿度为30-35％，检测流量为800cm^3/s的环境下进行测试，其所测试得到的压降值为205Pa，过滤效率为99.81％。其中，压降值越小其代表着气体流通性越好。
综上所述，为了研究本发明中的过滤层在真实污染空气环境中的效果，发明人于2017年8月9日在中国南京进行了现场测试。当天南京的PM2.5含有40.7％的有机物。其中，测量方法为，通过颗粒计数器分别检测有和没有过滤层的浓度，并通过比较过滤前后的浓度数来计算去除效率。溶液质量容度为0.5wt％，0.8wt％，5.0wt％，6.2wt％，7.0wt％的聚丙烯腈过滤层过滤器实现了空气污染颗粒的去除效率分别为85.27％，88.78％，93.01％，96.37％，和92.89％。溶液质量容度为1.0wt％，10.0wt％，15.0wt％，16.0wt％，和18.0wt％的聚己内酰胺过滤层过滤器实现了空气污染颗粒的去除效率分别为90.29％，96.62％，99.81％，99.56％，和99.02％。
通过比较，聚己内酰胺过滤层显示出较高的空气污染颗粒去除率，在现场试验中空气污染颗粒的去除率更佳。另外，测试载体为商用无纺布和过滤海绵的过滤层的空气污染颗粒的去除率普遍较低。因此，用聚乙烯纤维层为载体层的，15.0wt％-18.0wt％聚己内酰胺过滤层有最佳的综合过滤效率。
除空气污染物去除效率测试以外，用上述方法制作的聚丙烯腈纳米过滤膜和聚己内酰胺纳米过滤膜同时通过压减测试。其中，聚丙烯腈纳米过滤膜的压强为272Pa-370Pa，聚己内酰胺纳米过滤膜的压强为216Pa-368Pa。
最佳的，溶液质量浓度为16wt％的聚己内酰胺纳米过滤膜的压降仅为205Pa，达到了出色的通气性，具备呼吸阻力小的优点。
为了说明实验例1-19过滤层对<0.3μm颗粒物的压降和过滤效果，发明人对过滤面料的过滤效果进行了测试，其具体为：0.3μm颗粒物浓度是通过颗粒计数器在有和没有过滤器的情况下检测的，并通过比较过滤前后的浓度数来计算过滤效率。最终效率由十次测试的平均值构成。测量时风速为0.15米/秒，湿度为30-35％，检测流量是800cm^3/s。测试结果如表1：
表1.各实施例中的过滤面料中的测试效果对照表
Figure BDA0002521199670000161
Figure BDA0002521199670000171
本发明还对过滤层还进行了材料拉力测试，从而进一步的获得过滤面料的可佩戴性，和物理伸缩性质。用本发明的方法制作的聚丙烯腈纳米过滤膜和聚己内酰胺纳米过滤膜通过材料屈服度测试。根据压降和空气污染物过滤效率，材料拉力测试选取了溶液质量浓度为16wt％的聚己内酰胺纳米过滤膜和6.2wt％的聚丙烯腈纳米过滤膜。
其中，聚丙烯腈纳米过滤膜的最大承受力为0.02N-0.07N，聚己内酰胺纳米过滤膜的最大承受力为0.02N-0.07N。聚丙烯腈纳米过滤膜的应变率为0.08％-0.24％，聚己内酰胺纳米过滤膜的应变率为0.31％-0.54％。聚己内酰胺纳米纤维膜的屈服强度更小，表现出更强的拉力，平均值达到0.22n，和更高的应变速率，平均值达到0.46％。最佳的，聚己内酰胺纳米纤维膜的塑性材料变形小，为更理想的佩戴式材料。
本发明对浓度为6.2wt％聚丙烯腈和浓度为15wt％聚己内酰胺材料进行了拉力测试。其具体通过关节器械材料拉力试验机测量拉伸强度测试。将纺织样品切成5厘米宽和10厘米长的形状。测量距离为5厘米长，位移速率保持在8毫米/分钟。测试结果如表2：
表2.聚丙烯腈和聚己内酰胺的拉力测试结果对照表
Figure BDA0002521199670000172
请参看图1，下面对本发明的一种过滤面料的生产方法进行具体描述，其包括：
S101.制备聚合物溶剂
将纳米聚合物纤维溶液和甲酸溶剂进行混合，得到混合物；再将混合物置于40℃的搅拌板上放置4小时，使聚合物溶解得到聚合物溶剂；所述聚合物溶剂中纳米聚合物纤维溶液的质量浓度为0.5％-18wt％，且该聚合物溶剂中含有可测的静电荷。其中，所述纳米聚合物纤维溶液包括：聚丙烯腈、聚己内酰胺、聚乙烯醇、聚苯乙烯、聚丙烯中的一种溶液，而优选的是，所述所述纳米聚合物纤维溶液为聚己内酰胺溶液。在本实施例中，由于甲酸是一种有效且安全的溶解聚合物的溶剂，其产生稳定的条件，以允许以稳定的方式静电纺丝，并产生纳米级的纳米纤维。并且，纳米纤维丝网的平均纤维直径随着聚合物浓度的降低而降低，而直径分布随着甲酸量的增加而降低。
较佳的，在聚丙烯腈纤维溶液中，纤维溶液的较佳浓度为5％-7wt％。在聚己内酰胺纤维溶液中，纤维溶液的较佳浓度为15％-18wt％。更佳的，聚丙烯腈纤维溶液的浓度为6.2wt％，聚己内酰胺纤维溶液的浓度为15wt％。
最佳的，通过对比聚丙烯腈溶液和聚己内酰胺溶液，15wt％聚己内酰胺和甲酸溶剂纺织成的纳米纤维层拥有更高的纺织有限性，过滤效率，不易碎性的特点。
S102.进行静电纺丝
通过静电纺丝的方式，将所述聚合物溶剂制作成带有电极性的纳米纤维丝网；所述纳米纤维丝网中的纤维直径小于100nm，所述纳米纤维丝网中透气孔的直径为100-200nm。在本实施例中，使用高电压的静电纺丝方法可以极大的改善纳米层的均匀性，通过控制聚合物溶剂制备直径和具体尺寸，使这种纤维形成的纳米纤维丝网表现出优良的结构完整性，同时也大幅降低制作成本。同时，由于在空气悬浮颗粒的外表面存在官能团如C-O，C＝O和C-N，由上述纳米聚合物纤维溶液和甲酸溶剂制成的纳米过滤层含较高偶极矩，通过高分子取向力和分子间力提高空气悬浮颗粒的过滤效率。
在本实施中，该制作纳米纤维丝网的过程具体为：
将所述聚合物溶剂装入注射器中并连接上电源；同时，将铜箔接地；
将所述注射器的针尖对准所述铜箔，以0.05-0.1mL/h的速度将所述聚合物溶剂从该注射器的针尖中抽出，并在针尖上施加10-20kV的电压，同时水平移动针尖的位置，使得在所述铜箔的表面上生成纵横交错的纳米纤维丝网。
S103.通过压合得到过滤面料
将所述纳米纤维丝网通过热压的方式压合到载体层上，得到过滤面料，由于纳米纤维丝网中存在有静电荷能使过滤层能自然，均匀地压合到载体层上，其在压合过程中不会出现损坏，有效地保证过滤层的透气性；所述纳米纤维丝网作为所述过滤面料中的过滤层；所述载体层由聚乙烯纤维隔膜构成。
在本实施例中，将所述纳米纤维丝网通过热压的方式压合到预先准备好的载体层上的具体流程包括：
将所述纳米纤维丝网覆盖于所述载体层上，然后将覆盖有纳米纤维丝网的载体层送进热轧压力机中；所述热轧压力机的工作温度为40-45℃，工作速率为1.5-2mm/sec；
在所述纳米纤维丝网与所述载体层相压紧贴合后，将所述纳米纤维丝网上的铜箔剥离，得到过滤面料。
现有技术的过滤面料中，其多层结构内部纤维之间会出现相互穿插、纠缠，其导致增大了呼吸阻力，不利于用户的长期佩戴。相比较下，在本实施例中利用纳米纤维丝网和纳米纤维层的高表面积/体积比，使纳米纤维网自然，均匀的链接载体层，使其在制作过程中不会出现损坏，并保证其纤维层的透气性。另外，压力转移方法利用了材料附着力的不同，极大较少了制作和转移时间，有利于纳米纤维保持原用的特性。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施方式”、“一些实施方式”、“示意性实施方式”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合实施方式或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施方式或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施方式或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施方式或示例中以合适的方式结合。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种过滤面料，其特征在于，包括：过滤层和载体层,所述过滤层贴附于所述载体层的表面，所述过滤层由纳米纤维丝网构成，且该过滤层上设有两个以上的透气孔；所述载体层的硬度高于所述过滤层的硬度。
2.根据权利要求1所述的过滤面料，其特征在于，所述纳米纤维丝网中的纤维直径小于100nm，所述透气孔的直径为100-200nm。
3.根据权利要求2所述的过滤面料，其特征在于，所述过滤层由聚丙烯腈、聚己内酰胺、聚乙烯醇、聚苯乙烯、聚丙烯中的一种与甲酸相混合构成，所述载体层由聚乙烯纤维隔膜构成。
4.一种口罩，其特征在于，包括：如权利要求1至3任意一项所述的过滤面料，所述过滤面料上设有系带。
5.一种过滤面料的生产方法，其特征在于，包括：
将纳米聚合物纤维溶液和甲酸溶剂进行混合，得到聚合物溶剂；
通过静电纺丝的方式，将所述聚合物溶剂制作成带有电极性的纳米纤维丝网；
将所述纳米纤维丝网通过热压的方式压合到载体层上，得到过滤面料，所述纳米纤维丝网作为所述过滤面料中的过滤层。
6.根据权利要求5所述的生产方法，其特征在于，所述纳米聚合物纤维溶液包括：聚丙烯腈、聚己内酰胺、聚乙烯醇、聚苯乙烯、聚丙烯中的一种溶液；所述载体层由聚乙烯纤维隔膜构成。
7.根据权利要求6所述的生产方法，其特征在于，所述通过静电纺丝的方式，将所述聚合物溶剂制作成纳米纤维丝网包括：
将所述聚合物溶剂装入注射器中并连接上电源；同时，将铜箔接地；
将所述注射器的针尖对准所述铜箔，以0.05-0.1mL/h的速度将所述聚合物溶剂从该注射器的针尖中抽出，并在针尖上施加10-20kV的电压，使得在所述铜箔的表面上生成纳米纤维丝网。
8.根据权利要求7所述的生产方法，其特征在于，所述将所述纳米纤维丝网通过热压的方式压合到预先准备好的载体层上，得到过滤面料包括：
将所述纳米纤维丝网覆盖于所述载体层上，然后将覆盖有纳米纤维丝网的载体层送进热轧压力机中；所述热轧压力机的工作温度为40-45℃，工作速率为1.5-2mm/sec；
在所述纳米纤维丝网与所述载体层相压紧贴合后，将所述纳米纤维丝网上的铜箔剥离，得到过滤面料。
9.根据权利要求8所述的生产方法，其特征在于，所述聚合物溶剂中纳米聚合物纤维溶液的质量浓度为0.5％-18wt％。
10.根据权利要求9所述的生产方法，其特征在于，所述纳米纤维丝网中的纤维直径小于100nm，所述纳米纤维丝网中透气孔的直径为100-200nm。
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