CN114150436B - 一种纳米纤维复合驻极材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种纳米纤维复合驻极材料，包括相互交织的纳米纤维短纤和熔喷纤维，所述纳米纤维短纤和熔喷纤维经过静电驻极形成纳米纤维复合驻极材料。本发明还公开一种纳米纤维复合驻极材料的制备方法，包括：制备纳米长纤维；制备纳米短纤浆料；将制备出的纳米短纤浆料用螺杆挤出到吹喷喷头上，通过用气流吹喷使纳米短纤聚集到接收传送带上，然后使用熔喷喷头将驻极熔喷材料加工成熔喷纤维并聚集到接收传送带的同一点上，得到纳米纤维复合材料；将制备出的纳米纤维复合材料经过静电驻极，得到纳米纤维复合驻极材料。本发明制备的纳米纤维复合驻极材料具有高效低阻的特性和较高的容尘量，复合强度好。

Description

一种纳米纤维复合驻极材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种纳米纤维复合驻极材料及其制备方法，属于纳米过滤材料技术领域。
背景技术
静电纺丝纳米纤维滤材虽然过滤效率高，过滤效率不随时间变化，能适用于严苛的工况环境，但是相对于熔喷驻极材料来说阻力大、产能慢、容尘量低、复合强度差。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是克服现有技术的缺陷，提供一种纳米纤维复合驻极材料及其制备，制备的纳米纤维复合驻极材料具有高效低阻的特性和较高的容尘量，复合强度好。
为解决上述技术问题，本发明提供一种纳米纤维复合驻极材料，包括相互交织的纳米纤维短纤和熔喷纤维，所述纳米纤维短纤和熔喷纤维经过静电驻极形成纳米纤维复合驻极材料。
优选地，所述纳米纤维短纤材质为PA6、PVDF、PU、PAN中的一种，直径为50nm～800nm，长度为0.5mm～2mm。
优选地，所述熔喷纤维材质为PP、PTFE、PE、聚碳酸酯中的一种，直径为 1μm～10μm，长度为1.5mm～200mm。
本发明还提供一种纳米纤维复合驻极材料的制备方法，包括：
将高分子材料、溶剂和添加剂混合制成功能性高分子溶液或乳液，对高分子溶液或乳液进行静电纺丝，得到纳米长纤维；
将制备所得的纳米长纤维切断为短纤，加入分散剂分散在分散介质中，制备成纳米短纤浆料；
将制备出的纳米短纤浆料用螺杆挤出到吹喷喷头上，通过用气流吹喷使纳米短纤聚集到接收传送带上，然后使用熔喷喷头将驻极熔喷材料加工成熔喷纤维并聚集到接收传送带的同一点上，得到纳米纤维复合材料；
将制备出的纳米纤维复合材料经过静电驻极，得到纳米纤维复合驻极材料。
优选地，所述高分子材料为 PA6、PVDF、PU、PAN中的一种，所述溶剂为乙酸或DMF，所述添加剂为八乙烯基笼型半硅氧烷或邻羟基环戊烯二酮。
优选地，所述高分子溶液或乳液中高分子材料的含量为6wt%～20wt%，所述添加剂的含量为 0.5wt%～4wt%。
优选地，所述分散介质为去离子水或乙醇，所述分散剂为亚甲基萘磺酸钠，所述分散剂在分散介质中的含量为5wt%～10wt%。
优选地，所述纳米短纤浆料中纳米短纤的固含量为30wt%～60wt%。
优选地，所述的吹喷喷头包括吹喷多孔板和气体出口板，其中吹喷多孔板上的吹喷孔直径为0.5cm～3cm，气体出口板中高压气孔直径为1cm～5cm，喷射出的气流的压力为0.3 bar～0.8 bar, 温度为80℃～150℃。
优选地，所述静电驻极所用电压为10kV～30kV，所述静电驻极电压脉冲为10kHz～15kHz。
本发明所达到的有益效果：
1.通过将可驻极材料制备成纳米纤维与熔喷纤维相混杂，并经过驻极所得。由于驻极静电荷的作用，纳米纤维复合驻极材料具有高效低阻的特性。由于纳米纤维的存在，随着驻极电荷的流失，纳米纤维复合驻极材料仍具有较高的过滤性能。
2.由于纳米纤维的存在，纳米纤维复合驻极材料能在严苛的环境中使用。
3.由于熔喷纤维的存在，纳米纤维复合驻极材料具有较高的容尘量。
4..由于纳米短纤为和熔喷纤维混杂在一起，纳米纤维复合驻极材料避免了传统静电纺丝纳米纤维复合过滤材料复合强度差的特点。
附图说明
图1是本发明纳米纤维复合驻极材料的微观图；
图2是本发明纳米纤维复合驻极材料制备装置的结构示意图；
图3是本发明纳米纤维复合驻极材料制备装置中吹喷喷头的结构示意图。
图中各主要附图标记的含义为：
100.纳米纤维短纤；200.熔喷纤维；300.吹喷喷头；301.高温高压气流；302.吹喷多孔板；303.气体出口板；304.吹喷孔；305.高压气孔；306.高压气进气口；307.高分子溶液进液口；400.熔喷喷头；500.传送带；600.静电驻极； 701.接收传动带主动辊；702.接收传送带被动辊；703.压辊；704.收卷辊。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。
实施例1
如图1所示，本发明提供一种纳米纤维复合驻极材料，包括相互交织的纳米纤维短纤100和熔喷纤维200，所述纳米纤维短纤100和熔喷纤维200经过静电驻极形成纳米纤维复合驻极材料。所述纳米纤维短纤100材质为PA6，直径为50nm，长度为0.5mm。所述熔喷纤维200材质为PP，直径为 1μm，长度为1.5mm。
图2为本发明纳米纤维复合驻极材料的制备装置，包括接收传动带主动辊701、接收传送带被动辊702、压辊703、收卷辊704，接收传送带500在接收传送带主动辊701的带动下，在接收传送辊701和接收传送带被动辊702之间传动，压辊703设置在接收传送带被动辊702上。接收传送带500上方设有吹喷喷头300和熔喷喷头400，接收传送带500一侧设有静电驻极600。所述静电驻极600所用电压为10kV，所述静电驻极电压脉冲为10kHz。
如图3所示，所述的吹喷喷头300包括吹喷多孔板302和气体出口板303，所述吹喷多孔板302上设有吹喷孔304和高压气孔305，吹喷喷头300一侧设有高压气进气口306，吹喷喷头300底部设有高分子溶液进液口307，其中吹喷多孔板302上的吹喷孔直径为2cm，气体出口板中喷射出的高温高压气流302的压力为0.3bar, 温度为80℃。
本发明还提供一种纳米纤维复合驻极材料的制备方法，包括：
1.将高分子材料、溶剂和添加剂混合制成功能性高分子溶液或乳液，对高分子溶液或乳液进行静电纺丝，得到纳米长纤维。
2.将制备所得的纳米长纤维切断为短纤，加入分散剂分散在分散介质中，制备成纳米短纤浆料。
3.将制备出的纳米短纤浆料用螺杆挤出到吹喷喷头300上，通过用高温高压气流301吹喷使纳米短纤聚集到接收传送带500上，然后使用熔喷喷头400将驻极熔喷材料加工成熔喷纤维并聚集到接收传送带500的同一点上，吹喷喷头300喷出的PA6纳米短纤维100和熔喷喷头400喷出的PP熔喷纤维200在接收传送带500上形成纳米纤维复合材料，在经过压辊703后，纳米纤维复合材料从传送带500上分离。
4.将制备出的纳米纤维复合材料经过静电驻极600，经过静电驻极600后的纳米纤维复合材料收卷在收卷辊704上形成卷材，得到纳米纤维复合驻极材料。
其中，所述高分子材料为PA6，所述溶剂为乙酸，所述添加剂为八乙烯基笼型半硅氧烷。
所述高分子溶液或乳液中高分子材料的含量为6wt%，所述添加剂的含量为0.5wt%。
所述分散介质为去离子水，所述分散剂为亚甲基萘磺酸钠，所述分散剂在分散介质中的含量为5wt%。
所述纳米短纤浆料中纳米短纤的固含量为30wt%。
将制备得到的纳米纤维复合驻极材料进行性能测试，在32L/min条件下，对0.3μm颗粒的过滤效率 99.998%，阻力为80Pa，容尘量10.8g/m2。
实施例2
本发明提供一种纳米纤维复合驻极材料，包括相互交织的纳米纤维短纤和熔喷纤维，所述纳米纤维短纤和熔喷纤维经过静电驻极形成纳米纤维复合驻极材料。所述纳米纤维短纤材质为PVDF，直径为800nm，长度为2mm。所述熔喷纤维材质为PTFE，直径为 10μm，长度为200mm。
本发明还提供一种纳米纤维复合驻极材料的制备方法，包括：
1.将高分子材料、溶剂和添加剂混合制成功能性高分子溶液或乳液，对高分子溶液或乳液进行静电纺丝，得到纳米长纤维。
2.将制备所得的纳米长纤维切断为短纤，加入分散剂分散在分散介质中，制备成纳米短纤浆料。
3.将制备出的纳米短纤浆料用螺杆挤出到吹喷喷头300上，通过用高温高压气流301吹喷使纳米短纤聚集到接收传送带500上，然后使用熔喷喷头400将驻极熔喷材料加工成熔喷纤维并聚集到接收传送带500的同一点上，吹喷喷头300喷出的PA6纳米短纤维100和熔喷喷头400喷出的PP熔喷纤维200在接收传送带500上形成纳米纤维复合材料，在经过压辊703后，纳米纤维复合材料从传送带500上分离。
4.将制备出的纳米纤维复合材料经过静电驻极600，经过静电驻极600后的纳米纤维复合材料收卷在收卷辊704上形成卷材，得到纳米纤维复合驻极材料。
其中，所述高分子材料为PU，所述溶剂为DMF，所述添加剂为邻羟基环戊烯二酮。
所述高分子溶液或乳液中高分子材料的含量为20wt%，所述添加剂的含量为4wt%。
所述分散介质为乙醇，所述分散剂为亚甲基萘磺酸钠，所述分散剂在分散介质中的含量为10wt%。
所述纳米短纤浆料中纳米短纤的固含量为60wt%。
所述静电驻极所用电压为30kV，所述静电驻极电压脉冲为15kHz。
将制备得到的纳米纤维复合驻极材料进行性能测试，在32L/min条件下，对0.3μm颗粒的过滤效率 99.996%，阻力为131.5Pa，容尘量11.2g/m2。
实施例3
本发明提供一种纳米纤维复合驻极材料，包括相互交织的纳米纤维短纤和熔喷纤维，所述纳米纤维短纤和熔喷纤维经过静电驻极形成纳米纤维复合驻极材料。所述纳米纤维短纤材质为PVDF，直径为200nm，长度为1mm。所述熔喷纤维材质为PTFE，直径为 6μm，长度为100mm。
本发明还提供一种纳米纤维复合驻极材料的制备方法，包括：
1.将高分子材料、溶剂和添加剂混合制成功能性高分子溶液或乳液，对高分子溶液或乳液进行静电纺丝，得到纳米长纤维。
2.将制备所得的纳米长纤维切断为短纤，加入分散剂分散在分散介质中，制备成纳米短纤浆料。
3.将制备出的纳米短纤浆料用螺杆挤出到吹喷喷头300上，通过用高温高压气流301吹喷使纳米短纤聚集到接收传送带500上，然后使用熔喷喷头400将驻极熔喷材料加工成熔喷纤维并聚集到接收传送带500的同一点上，吹喷喷头300喷出的PA6纳米短纤维100和熔喷喷头400喷出的PP熔喷纤维200在接收传送带500上形成纳米纤维复合材料，在经过压辊703后，纳米纤维复合材料从传送带500上分离。
4.将制备出的纳米纤维复合材料经过静电驻极600，经过静电驻极600后的纳米纤维复合材料收卷在收卷辊704上形成卷材，得到纳米纤维复合驻极材料。
其中，所述高分子材料为PAN，所述溶剂为DMF，所述添加剂为邻羟基环戊烯二酮。
所述高分子溶液或乳液中高分子材料的含量为12wt%，所述添加剂的含量为2wt%。
所述分散介质为乙醇，所述分散剂为亚甲基萘磺酸钠，所述分散剂在分散介质中的含量为8wt%。
所述纳米短纤浆料中纳米短纤的固含量为45wt%。
所述静电驻极所用电压为20kV，所述静电驻极电压脉冲为12kHz。
将制备得到的纳米纤维复合驻极材料进行性能测试，在32L/min条件下，对0.3μm颗粒的过滤效率 99.995%，阻力为102.5Pa，容尘量11.8g/m2。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种纳米纤维复合驻极材料的制备方法，其特征在于，包括：
将高分子材料、溶剂和添加剂混合制成功能性高分子溶液或乳液，对高分子溶液或乳液进行静电纺丝，得到纳米长纤维；
将制备所得的纳米长纤维切断为短纤，短纤直径为50nm～800nm，长度为0.5mm～2mm，加入分散剂分散在分散介质中，制备成纳米短纤浆料；
将制备出的纳米短纤浆料用螺杆挤出到吹喷喷头（300）上，通过用气流吹喷使纳米短纤（100）聚集到接收传送带（500）上，然后使用熔喷喷头（400）将驻极熔喷材料加工成熔喷纤维（200）并聚集到接收传送带（500）的同一点上，熔喷纤维（200）的直径为 1μm～10μm，长度为1.5mm～200mm，得到纳米纤维复合材料；
将制备出的纳米纤维复合材料经过静电驻极（600），所述静电驻极（600）所用电压为10kV～30kV，所述静电驻极电压脉冲为10kHz～15kHz，得到纳米纤维复合驻极材料。
2.根据权利要求1所述的一种纳米纤维复合驻极材料的制备方法，其特征在于，所述高分子材料为 PA6、PVDF、PU、PAN中的一种，所述溶剂为乙酸或DMF，所述添加剂为八乙烯基笼型半硅氧烷或邻羟基环戊烯二酮。
3.根据权利要求1所述的一种纳米纤维复合驻极材料的制备方法，其特征在于，所述高分子溶液或乳液中高分子材料的含量为6wt%～20wt%，所述添加剂的含量为 0.5wt%～4wt%。
4.根据权利要求1所述的一种纳米纤维复合驻极材料的制备方法，其特征在于，所述分散介质为去离子水或乙醇，所述分散剂为亚甲基萘磺酸钠，所述分散剂在分散介质中的含量为5wt%～10wt%。
5.根据权利要求1所述的一种纳米纤维复合驻极材料的制备方法，其特征在于，所述纳米短纤浆料中纳米短纤的固含量为30wt%～60wt%。
6.根据权利要求1所述的一种纳米纤维复合驻极材料的制备方法，其特征在于，所述的吹喷喷头（300）包括吹喷多孔板（302）和气体出口板（303），其中吹喷多孔板上的吹喷孔（304）直径为0.5cm～3cm，气体出口板中高压气孔（305）直径为1cm～5cm，喷射出的气流的压力为0.3 bar～0.8 bar, 温度为80℃～150℃。
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