CN114653227A - 一种纳米纤维复合膜的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种纳米纤维复合膜的制备方法,包括以下步骤:将TPU溶解于溶剂中,得到纺丝溶液;将纺丝溶液静电纺丝至无纺布上,制得纳米纤维复合膜;其中,静电纺丝的工艺参数包括:环境温度25~32℃,环境湿度45~55%,纺丝溶液中,TPU的质量分数为11~12%。本发明以TPU作为纳米纤维的原料,以无纺布作为接收基材,由于TPU具有优异的粘接性能、拉伸性与韧性,且TPU能以化学结合的方式固定在无纺布上,使其与无纺布的结合稳定,从而延长了纳米纤维复合膜的使用寿命;通过采用静电纺丝技术、以及对纺丝溶液的浓度、静电纺丝参数的设计,如此,制备过程中无需热压,且制得的纳米纤维复合膜保持了纳米纤维的三维形态,从而使纳米纤维复合膜的过滤性能高、气阻低。

Description

一种纳米纤维复合膜的制备方法
技术领域
本发明涉及纳米纤维材料技术领域,特别涉及一种纳米纤维复合膜的制备方法。
背景技术
纳米纤维膜因具有可控的小直径、多孔结构、高比表面积、良好的内部连通性和可控的形貌等优点,被广泛用于环境保护、能源、光催化、生物医疗等领域,尤其是在空气过滤与个人防护方面。
但传统的纳米纤维膜是伪纳米级直径(大多是>200nm,甚至μm级),且为二维纤维膜,其内部纤维是随机堆积的方式,而不是有序的网络组装,因此,现有的纳米纤维膜通常具有较大的孔径(通常为>3μm)和相对较低的孔隙率(<80%),导致去除PM0.3的性能有限,且随机堆积的内部纤维,使气阻相对较大;同时,单独的纳米纤维膜柔软易碎,需要与其他材料复合后使用,目前常见的复合方式是热压复合,但热压过程会破坏纳米纤维膜的结构,从而增加膜的气阻;此外,纳米纤维膜和其他材料之间的界面附着力较弱,容易分离脱落,降低过滤性能与使用寿命,最终导致整个过滤系统的失效。
发明内容
本发明的主要目的是提出一种纳米纤维复合膜的制备方法,旨在提供一种具有三维结构的纳米纤维,且最终得到的纳米纤维复合膜的过滤性能高、气阻低、使用寿命长。
为实现上述目的,本发明提出一种纳米纤维复合膜的制备方法,包括以下步骤:
将热塑性聚氨酯溶解于溶剂中,得到纺丝溶液;
将所述纺丝溶液静电纺丝至无纺布上,制得纳米纤维复合膜;
其中,所述静电纺丝的工艺参数包括:环境温度25~32℃,环境湿度45~55%,
所述纺丝溶液中,热塑性聚氨酯的质量分数为11~12%。
可选地,所述溶剂为N,N-二甲基甲酰胺;和/或,
所述无纺布包括聚对苯二甲酸乙二醇酯无纺布、聚丙烯无纺布、聚乙烯无纺布和聚乙烯醇无纺布中的任意一种。
可选地,所述静电纺丝的方式包括有针静电纺丝、无针静电纺丝和气泡静电纺丝中的任意一种。
可选地,所述静电纺丝的方式为有针静电纺丝,所述静电纺丝的工艺参数还包括:
电压15~18kv。
可选地,所述静电纺丝的工艺参数还包括:
无纺布与喷头的距离为12~18cm,供液速度0.5~1.5mL/h,针头左右滑动速度15~20mm/s,接收辊转速120~200r/min
可选地,所述静电纺丝的工艺参数包括:
环境温度25℃,环境湿度50%,电压15kv,无纺布与喷头的距离为15cm,供液速度1mL/h,针头左右滑动速度20mm/s,接收辊转速120r/min。
可选地,所述静电纺丝的方式为无针静电纺丝,所述静电纺丝的环境温度为28~32℃,所述静电纺丝的工艺参数还包括:
正电压60~85kv,负电压5~25kv。
可选地,所述静电纺丝的工艺参数还包括:
供液速度0.1~0.5m/min,涂覆速度150~200mm/s。
可选地,所述静电纺丝的工艺参数包括:
环境温度30℃,环境湿度50%,正电压60kv,负电压20kv,供液速度0.1m/min,涂覆速度200mm/s。
可选地,所述静电纺丝的方式为气泡静电纺丝,所述静电纺丝的工艺参数还包括:
无纺布与喷头之间的距离为10~15cm,电压70~100kv。
本发明提供的技术方案中,以热塑性聚氨酯(TPU)作为纳米纤维的原料,以无纺布作为接收基材,由于TPU具有优异的粘接性能、拉伸性与韧性,且TPU能以化学结合的方式固定在无纺布上,使其与无纺布的结合稳定,避免了界面附着力差,容易分离脱落的问题,从而延长了纳米纤维复合膜的使用寿命;同时,通过采用静电纺丝技术、以及对纺丝溶液的浓度、静电纺丝参数的设计,如此,制备过程中无需热压,且制得的纳米纤维复合膜保持了纳米纤维的三维形态,从而使纳米纤维复合膜的过滤性能高、气阻低,对PM0.3的过滤效率可达98.8%以上。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案,下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍,显而易见地,下面描述中的附图仅仅为本发明的一些实施例,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动的前提下,还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
图1为本发明实施例1制得的纳米纤维复合膜的示意图;
图2为图1中的纳米纤维复合膜中的纳米纤维的电镜图;
图3为本发明实施例2制得的纳米纤维复合膜中的纳米纤维的电镜图;
图4为本发明实施例3制得的纳米纤维复合膜中的纳米纤维的电镜图;
图5为本发明对比例1提供的纳米纤维复合膜的制备方法的纺丝结果示意图;
图6为本发明对比例3制得的纳米纤维复合膜中的纳米纤维的电镜图。
本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例,参照附图做进一步说明。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚,下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。实施例中未注明具体条件者,按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者,均为可以通过市售购买获得的常规产品。
另外,全文中出现的“和/或”的含义,包括三个并列的方案,以“A和/或B”为例,包括A方案、或B方案、或A和B同时满足的方案。此外,各个实施例之间的技术方案可以相互结合,但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础,当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在,也不在本发明要求的保护范围之内。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本发明保护的范围。
传统的纳米纤维膜为二维纤维膜,且内部纤维是随机堆积的方式,使其去除PM0.3的性能差、气阻较大;同时,单独的纳米纤维膜柔软易碎,需要与其他材料复合后使用,目前常见的复合方式是热压复合,但热压过程会破坏纳米纤维膜的结构,从而增加膜的气阻;此外,纳米纤维膜和其他材料之间的界面附着力较弱,容易分离脱落,降低过滤性能与使用寿命,最终导致整个过滤系统的失效。
鉴于此,本发明提出一种纳米纤维复合膜的制备方法,在一实施例中,所述纳米纤维复合膜的制备方法包括以下步骤:
步骤S10、将热塑性聚氨酯溶解于溶剂中,得到纺丝溶液;
步骤S20、将所述纺丝溶液静电纺丝至无纺布上,制得纳米纤维复合膜。
所述纳米纤维复合膜包括无纺布和静电纺丝制得的纳米纤维。其中,所述纺丝溶液的浓度会影响到纳米纤维的三维结构的形成,浓度过低或过高,都会导致无法得到三维结构的纳米纤维,在本实施例中,所述纺丝溶液中,热塑性聚氨酯(TPU)的质量分数为11~12%,在此配比下,通过静电纺丝能制得三维结构的纳米纤维。也即,纺丝溶液的质量分数为11~12%。具体来说,所述纺丝溶液的质量分数可以为11%、11.5%、11.7%、12%等。
静电纺丝时,环境温度和环境湿度会影响静电纺丝是否能顺利进行,例如:若环境温度过高,会使纺丝溶液中的溶剂快速挥发,得到凝固的纺丝溶液,导致静电纺丝无法进行;若环境湿度过高,容易导致漏电。因此,为了保证静电纺丝顺利且安全的进行,在本实施例中,所述静电纺丝的工艺参数包括:环境温度25~32℃,环境湿度45~55%。
目前,为了提高纳米纤维膜和其他材料之间的界面附着力,也存在另外增加粘合剂的方案,但增加粘合剂会堵塞纳米纤维的孔隙,导致气阻过高。
本发明提供的技术方案中,通过以TPU作为制备纳米纤维的原料,以无纺布作为接收基材,并采用静电纺丝的方式,将TPU直接喷射到接收基材上,由于TPU具有优异的粘接性能、拉伸性与韧性,使TPU能与无纺布进行良好的物理结合,且TPU能以化学结合的方式固定在无纺布上,因此,制得的纳米纤维复合膜中,TPU纳米纤维与无纺布的结合为物理结合和化学结合相互配合,结合牢固,避免了界面附着力差,容易分离脱落的问题,从而延长了纳米纤维复合膜的使用寿命;同时,通过采用静电纺丝技术、以及对纺丝溶液的浓度、静电纺丝参数的设计,如此,制备过程中无需热压或添加粘合剂,且制得的纳米纤维复合膜保持了纳米纤维的三维形态,从而使纳米纤维复合膜的过滤性能高、气阻低,对PM0.3的过滤效率可达98.8%以上。
为了便于热塑性聚氨酯的溶解,具体地,步骤S10包括:将热塑性聚氨酯加入溶剂中,在50~70℃下经磁力搅拌器溶解20~28h,得到纺丝溶液。
对于步骤S10中的溶剂的具体选择,本发明不做限制,可根据最终需要的结构来选择对应的溶剂。在本实施例中,所述溶剂为N,N-二甲基甲酰胺(DMF),如此,可制得三维串珠结构的纳米纤维,使得到的纳米纤维复合膜具有高滤低阻的作用。
在本实施例中,所述无纺布包括聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)无纺布、聚丙烯(PP)无纺布、聚乙烯(PE)无纺布和聚乙烯醇(PVA)无纺布中的任意一种。优选地,所述无纺布为PET无纺布。
进一步地,所述静电纺丝的方式可以采用有针静电纺丝、无针静电纺丝和气泡静电纺丝中的任意一种。当然,当静电纺丝所采取的方式不同时,其对应的静电纺丝参数如电压、无纺布与喷头的距离等参数也需要相应地改变。
在一实施例中,所述静电纺丝的方式为有针静电纺丝,静电纺丝的参数还包括:电压为15~18kv,在此电压范围下,能制得三维串珠结构的纳米纤维。
为了使有针静电纺丝制得的纳米纤维的性能更好,进一步地,在进行有针静电纺丝时,无纺布与喷头的距离为12~18cm,供液速度0.5~1.5mL/h,针头左右滑动速度15~20mm/s,接收辊转速120~200r/min。
较优地,采取有针静电纺丝时,所述静电纺丝的工艺参数为:环境温度25℃,环境湿度50%,电压15kv,无纺布与喷头的距离为15cm,供液速度1mL/h,针头左右滑动速度20mm/s,接收辊转速120r/min,如此,能制得性能更佳的纳米纤维,从而使纳米纤维复合膜的过滤性能高、气阻低,且使用寿命长。
在另一实施例中,所述静电纺丝采取的方式为无针静电纺丝,此时,所述静电纺丝的环境温度为28~32℃,所述静电纺丝的工艺参数还包括:正电压60~85kv,负电压5~25kv,在上述范围下,能制得三维串珠结构的纳米纤维。
进一步地,在进行无针静电纺丝时,供液速度为0.1~0.5m/min,涂覆速度为150~200mm/s,如此,制得的纳米纤维的性能更好。
较优地,采取无针静电纺丝时,所述静电纺丝的工艺参数为:环境温度30℃,环境湿度50%,正电压60kv,负电压20kv,供液速度0.1m/min,涂覆速度200mm/s。
在另一实施例中,所述静电纺丝采取的方式为气泡静电纺丝。具体为:将纺丝溶液倒入储液器中并注入气体,使之产生气泡,然后打开电源并调节电压,开始纺丝。其中,无纺布与喷头之间的距离为10~15cm,电压70~100kv。也就是说,无纺布与气泡之间的距离为10~15cm。
优选地,采取气泡静电纺丝时,所述静电纺丝的工艺参数为:环境温度25℃,环境湿度50%,无纺布与喷头之间的距离为10cm,电压80kv。
以下结合具体实施例和附图对本发明的技术方案作进一步详细说明,应当理解,以下实施例仅仅用以解释本发明,并不用于限定本发明。
实施例1
(1)将热塑性聚氨酯加入DMF中,在60℃下经磁力搅拌器溶解24h,配制成质量分数为12%的纺丝溶液;
(2)采用有针静电纺丝的方式,将纺丝溶液灌入注射器内,以PET无纺布作为接收基材,然后进行纺丝,在PET无纺布上面形成了一层纳米纤维,最终得到纳米纤维复合膜;其中,静电纺丝的工艺参数为:环境温度25℃,环境湿度50%,电压15kv,无纺布与喷头的距离为15cm,供液速度1mL/h,针头左右滑动速度20mm/s,接收辊转速120r/min。
图1为本实施例制得的纳米纤维复合膜的示意图,由图1可以看出,纳米复合膜中,纳米纤维和无纺布贴合很牢固,经测试,难以将纳米纤维从无纺布上撕下来。
采用冷场扫描电子显微镜观察本实施例制得的纳米纤维复合膜中的TPU纳米纤维的形貌,其结果如图2所示。由图2可以看出,TPU的形貌为串珠结构,周围分布了极细长的纤维,形成了特殊的多层次结构,说明本发明成功制得了具有三维串珠结构的纳米纤维。
实施例2
(1)将热塑性聚氨酯加入DMF中,在60℃下经磁力搅拌器溶解24h,配制成质量分数为12%的纺丝溶液;
(2)采用无针静电纺丝的方式,将纺丝溶液灌入注射器内,以PP无纺布作为接收基材,然后进行纺丝,在PP无纺布上形成了一层纳米纤维,最终得到纳米纤维复合膜,其中,静电纺丝的工艺参数为:环境温度30℃,环境湿度50%,正电压60kv,负电压20kv,供液速度0.1m/min,涂覆速度200mm/s。
采用冷场扫描电子显微镜观察本实施例制得的纳米纤维复合膜中的TPU纳米纤维的形貌,其结果如图3所示。由图3可以看出,TPU的形貌为串珠结构,周围分布了极细长的纤维,形成了特殊的多层次结构,说明本发明成功制得了具有三维串珠结构的纳米纤维。
实施例3
(1)将热塑性聚氨酯加入DMF中,在60℃下经磁力搅拌器溶解24h,配制成质量分数为11%的纺丝溶液;
(2)采用气泡静电纺丝的方式,将纺丝溶液灌入注射器内,并注入气体,使之产生气泡,以PE无纺布作为接收基材,然后进行纺丝,在PE无纺布上面形成了一层纳米纤维,最终得到纳米纤维复合膜;其中,静电纺丝的工艺参数为:环境温度25℃,环境湿度50%,无纺布与喷头之间的距离为10cm,电压80kv。
采用冷场扫描电子显微镜观察本实施例制得的纳米纤维复合膜中的TPU纳米纤维的形貌,其结果如图4所示。由图4可以看出,TPU的形貌为串珠结构,周围分布了极细长的纤维,形成了特殊的多层次结构,说明本发明成功制得了具有三维串珠结构的纳米纤维。
实施例4
(1)将热塑性聚氨酯加入DMF中,在50℃下经磁力搅拌器溶解28h,配制成质量分数为11.5%的纺丝溶液;
(2)采用有针静电纺丝的方式,将纺丝溶液灌入注射器内,以PET无纺布作为接收基材,然后进行纺丝,在PE无纺布上面形成了一层纳米纤维,最终得到纳米纤维复合膜;其中,静电纺丝的工艺参数为:环境温度27℃,环境湿度45%,电压16kv,无纺布与喷头的距离为12cm,供液速度1.5mL/h,针头左右滑动速度15mm/s,接收辊转速180r/min。
实施例5
(1)将热塑性聚氨酯加入DMF中,在70℃下经磁力搅拌器溶解24h,配制成质量分数为11%的纺丝溶液;
(2)采用有针静电纺丝的方式,将纺丝溶液灌入注射器内,以PE无纺布作为接收基材,然后进行纺丝,在PE无纺布上面形成了一层纳米纤维,最终得到纳米纤维复合膜;其中,静电纺丝的工艺参数为:环境温度30℃,环境湿度55%,电压18kv,无纺布与喷头的距离为18cm,供液速度0.5mL/h,针头左右滑动速度16mm/s,接收辊转速200r/min。
实施例6
(1)将热塑性聚氨酯加入DMF中,在60℃下经磁力搅拌器溶解20h,配制成质量分数为12%的纺丝溶液;
(2)采用无针静电纺丝的方式,将纺丝溶液灌入注射器内,以PP无纺布作为接收基材,然后进行纺丝,在PP无纺布上形成了一层纳米纤维,最终得到纳米纤维复合膜,其中,静电纺丝的工艺参数为:环境温度30℃,环境湿度50%,正电压60kv,负电压20kv,供液速度0.1m/min,涂覆速度200mm/s。
实施例7
(1)将热塑性聚氨酯加入DMF中,在60℃下经磁力搅拌器溶解20h,配制成质量分数为11%的纺丝溶液;
(2)采用无针静电纺丝的方式,将纺丝溶液灌入注射器内,以PP无纺布作为接收基材,然后进行纺丝,在PE无纺布上形成了一层纳米纤维,最终得到纳米纤维复合膜,其中,静电纺丝的工艺参数为:环境温度28℃,环境湿度48%,正电压70kv,负电压5kv,供液速度0.2m/min,涂覆速度150mm/s。
实施例8
(1)将热塑性聚氨酯加入DMF中,在60℃下经磁力搅拌器溶解25h,配制成质量分数为12%的纺丝溶液;
(2)采用无针静电纺丝的方式,将纺丝溶液灌入注射器内,以PET无纺布作为接收基材,然后进行纺丝,在PVA无纺布上形成了一层纳米纤维,最终得到纳米纤维复合膜,其中,静电纺丝的工艺参数为:环境温度30℃,环境湿度50%,正电压85kv,负电压25kv,供液速度0.5m/min,涂覆速度170mm/s。
实施例9
(1)将热塑性聚氨酯加入DMF中,在60℃下经磁力搅拌器溶解24h,配制成质量分数为11%的纺丝溶液;
(2)采用气泡静电纺丝的方式,将纺丝溶液灌入注射器内,并注入气体,使之产生气泡,以PET无纺布作为接收基材,然后进行纺丝,在PET无纺布上面形成了一层纳米纤维,最终得到纳米纤维复合膜;其中,静电纺丝的工艺参数为:环境温度31℃,环境湿度50%,无纺布与喷头之间的距离为15cm,电压100kv。
对比例1
除了是配制得到质量分数为10%的纺丝溶液外,其余步骤与实施例1相同。
其纺丝结果如图5所示,由图5可以看出,当淀粉溶液浓度较低时,纺丝呈雾状,主要原因是纺丝溶液粘度过低,未达到液滴在纺丝喷头上被拉伸成泰勒锥的条件,而是变成了静电喷雾形式喷出。
对比例2
除了将静电纺丝的电压修改为10kv外,其余步骤与实施例1相同。
由于电压过小,未能牵引纺丝液体形成纤维。
对比例3
除了是配制得到质量分数为13%的纺丝溶液外,其余步骤与实施例2相同。
采用冷场扫描电子显微镜观察本对比例制得的纳米纤维复合膜中的TPU纳米纤维的形貌,其结果如图6所示。由图6可以看出,TPU的形貌为光滑的纤维,但部分纤维呈扁平状,且单根纤维粗细不匀。
将实施例1-3以及对比例3制得的纳米纤维复合膜进行性能测试,其测试方法如下:
在室温条件下,采用诺德机器人公司生产的颗粒物过滤效率检测仪,对纳米纤维复合膜进行气体过滤效率与阻力(毫米水柱高度压力的压降)测试。采用NaCl气溶胶作为过滤介质,测试的纳米纤维复合膜的有效面积100cm2,气溶胶流量设置为95±0.2L/min,试样测3次,取平均值,其测试结果如下表1所示。
表1测试结果
Figure BDA0003590722560000101
由表1可以看出,本发明实施例制得的纳米纤维复合膜对PM0.3的过滤效率高达99.98%以上,对PM0.5及以上的颗粒物的过滤效率可达100%,且气阻为299Pa,说明本发明制得的纳米纤维复合膜的过滤性能高、气阻低。这可能是因为本发明制得的纳米纤维为三维串珠结构,密集的细长纤维使纳米纤维的过滤效率高,串珠增大了气流的通过,从而降低了气阻,使纳米纤维具有高滤低阻的作用。同时,对比例3制得的纳米纤维复合膜的过滤效率低于实施例。
进一步地,按下列公式计算制得的纳米纤维复合膜过滤PM0.3时的平衡因子(Quality Factor,QF),QF越大,过滤性能越好,其结果如表2所示。
公式:
Figure BDA0003590722560000111
其中,α为过滤效率,ΔP为阻力压降。
测试结果显示,当过滤PM0.3时,实施例1-3的QF分别为0.033、0.028、0.028,对比例3的QF为0.017,也即,实施例制得的纳米纤维复合膜的QF普遍高于对比例,说明实施例制得的纳米纤维复合膜的过滤性能更好。也说明本发明通过对纺丝溶液的浓度、静电纺丝的工艺参数等进行优化,使制得的纳米纤维复合膜的性能优异。
将实施例4-9制得的纳米纤维复合膜进行与实施例1相同的检测分析,确定制得的纳米纤维为三维串珠结构,且纳米纤维膜的过滤效率高、气阻低。
以上仅为本发明的优选实施例,并非因此限制本发明的专利范围,对于本领域的技术人员来说,本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内,所作的任何修改、等同替换、改进等,均应包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种纳米纤维复合膜的制备方法,其特征在于,包括以下步骤:
将热塑性聚氨酯溶解于溶剂中,得到纺丝溶液;
将所述纺丝溶液静电纺丝至无纺布上,制得纳米纤维复合膜;
其中,所述静电纺丝的工艺参数包括:环境温度25~32℃,环境湿度45~55%,
所述纺丝溶液中,热塑性聚氨酯的质量分数为11~12%。
2.如权利要求1所述的纳米纤维复合膜的制备方法,其特征在于,所述溶剂为N,N-二甲基甲酰胺;和/或,
所述无纺布包括聚对苯二甲酸乙二醇酯无纺布、聚丙烯无纺布、聚乙烯无纺布和聚乙烯醇无纺布中的任意一种。
3.如权利要求1所述的纳米纤维复合膜的制备方法,其特征在于,所述静电纺丝的方式包括有针静电纺丝、无针静电纺丝和气泡静电纺丝中的任意一种。
4.如权利要求3所述的纳米纤维复合膜的制备方法,其特征在于,所述静电纺丝的方式为有针静电纺丝,所述静电纺丝的工艺参数还包括:
电压15~18kv。
5.如权利要求4所述的纳米纤维复合膜的制备方法,其特征在于,所述静电纺丝的工艺参数还包括:
无纺布与喷头的距离为12~18cm,供液速度0.5~1.5mL/h,针头左右滑动速度15~20mm/s,接收辊转速120~200r/min。
6.如权利要求5所述的纳米纤维复合膜的制备方法,其特征在于,所述静电纺丝的工艺参数包括:
环境温度25℃,环境湿度50%,电压15kv,无纺布与喷头的距离为15cm,供液速度1mL/h,针头左右滑动速度20mm/s,接收辊转速120r/min。
7.如权利要求3所述的纳米纤维复合膜的制备方法,其特征在于,所述静电纺丝的方式为无针静电纺丝,所述静电纺丝的环境温度为28~32℃,所述静电纺丝的工艺参数还包括:
正电压60~85kv,负电压5~25kv。
8.如权利要求7所述的纳米纤维复合膜的制备方法,其特征在于,所述静电纺丝的工艺参数还包括:
供液速度0.1~0.5m/min,涂覆速度150~200mm/s。
9.如权利要求8所述的纳米纤维复合膜的制备方法,其特征在于,所述静电纺丝的工艺参数包括:
环境温度30℃,环境湿度50%,正电压60kv,负电压20kv,供液速度0.1m/min,涂覆速度200mm/s。
10.如权利要求3所述的纳米纤维复合膜的制备方法,其特征在于,所述静电纺丝的方式为气泡静电纺丝,所述静电纺丝的工艺参数还包括:
无纺布与喷头之间的距离为10~15cm,电压70~100kv。
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN116676718A (zh) * 2023-06-08 2023-09-01 江苏臻圈科技有限公司 一种单向导湿tpu弹性绷带及其制备方法
CN117563330A (zh) * 2024-01-16 2024-02-20 深圳市华新纳微科技有限公司 一种无针静电纺纳米纤维复合过滤材料及其制备方法

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20100107578A1 (en) * 2008-10-31 2010-05-06 Mann+Hummel Gmbh Fleece medium, it's manufacturing method and a filter element made of it
JP2010285699A (ja) * 2009-06-09 2010-12-24 Kb Seiren Ltd ポリウレタン極細繊維およびその製造方法
CN109011922A (zh) * 2018-09-19 2018-12-18 宁波大学 一种基于tpu纳米纤维的pm2.5过滤网膜的制备方法
CN110293732A (zh) * 2019-05-23 2019-10-01 浙江佳海新材料有限公司 一种驻极化汽车空调用过滤材料及其生产方法
CN110743249A (zh) * 2019-10-30 2020-02-04 博裕纤维科技(苏州)有限公司 带锚点耐反吹纳米纤维复合滤材
CN113106635A (zh) * 2021-03-15 2021-07-13 广东金发科技有限公司 一种静电纺丝纳米纤维无纺布及其制备方法和应用

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20100107578A1 (en) * 2008-10-31 2010-05-06 Mann+Hummel Gmbh Fleece medium, it's manufacturing method and a filter element made of it
JP2010285699A (ja) * 2009-06-09 2010-12-24 Kb Seiren Ltd ポリウレタン極細繊維およびその製造方法
CN109011922A (zh) * 2018-09-19 2018-12-18 宁波大学 一种基于tpu纳米纤维的pm2.5过滤网膜的制备方法
CN110293732A (zh) * 2019-05-23 2019-10-01 浙江佳海新材料有限公司 一种驻极化汽车空调用过滤材料及其生产方法
CN110743249A (zh) * 2019-10-30 2020-02-04 博裕纤维科技(苏州)有限公司 带锚点耐反吹纳米纤维复合滤材
CN113106635A (zh) * 2021-03-15 2021-07-13 广东金发科技有限公司 一种静电纺丝纳米纤维无纺布及其制备方法和应用

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN116676718A (zh) * 2023-06-08 2023-09-01 江苏臻圈科技有限公司 一种单向导湿tpu弹性绷带及其制备方法
CN116676718B (zh) * 2023-06-08 2023-10-13 江苏臻圈科技有限公司 一种单向导湿tpu弹性绷带及其制备方法
CN117563330A (zh) * 2024-01-16 2024-02-20 深圳市华新纳微科技有限公司 一种无针静电纺纳米纤维复合过滤材料及其制备方法

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