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静电纺纤维的形态及排列与膜的结构与性能的关系 中文摘要 静电纺纤维的形态及排列与膜的结构与性能的关系 中文摘要 本课题主要以聚砜 （PSU）为溶质，以DMF 和丙酮（1：9）为溶剂，制成PSU 混合纺丝液，同时通过加入不同直径 SiO 颗粒以及与聚酰胺6 复合，采用平行排 2 列多喷头纺丝机进行静电纺丝，制备具有不同直径纤维组合、纳米级纤维/纳米微 球复合的静电纺纤维膜，并对复合纤维膜的结构、孔径及孔隙率、透气性能、力 学性能以及过滤性能等进行研究与分析，比较各种结构复合纤维膜的品质因子， 分析纤维形态、排列与膜的结构及性能的关系。 静电纺PSU粗细复合纤维膜的结构及性能：利用平行排列多喷头纺丝机与嵌 套针管可以同时制备不同直径的纤维构成的多孔纤维膜。实验所制备的四种纤维 膜中含细直径纤维的比例为：PSU-18PSU- 18-22PSU-22-18PSU-22 。粗/细复合 多孔纤维膜PSU-18-22 和PSU-22-18的透气率、力学性能、孔径及孔隙率均大于 PSU-18、小于PSU-22 ；PSU-18纤维膜的过滤效率高，但压降较大，PSU-22纤维膜 过滤效率小；PSU-18-22和PSU-22-18两种粗/细复合膜的过滤效率达到99% 以上， 同时压降较小。经过计算，PSU- 18、PSU-18-22 、PSU-22-18和PSU-22纤维膜的品 质因子分别为0.0066、0.0067、0.0069和0.0061，因此粗/细纤维复合多孔静电纺PSU 纤维膜的性能优于单一直径的纤维膜。 静电纺 PSU-20/SiO2 微球纳米纤维膜的结构及性能：在纺丝液中加入直径 300nm 及 900nm 的SiO 微球以期通过调整膜的孔隙结构，进一步改善PSU 纤维 2 膜的过滤性能。研究结果表明：随着微球质量百分数的增加，复合纤维膜的力学 性能和过滤性能先降低再逐渐提高，孔径及空隙率和透气性能则先提高再降低。 根据以上研究结果，PSU-22-18 及加入300nm 的SiO 微球的复合纤维膜过滤性能 2 较好。控制粗细纤维比例为2 ：1，同时与质量百分数为4% 的300nm 微球复合制 备复合纤维膜，其孔径、孔隙率和透气性较PSU 纤维膜大，力学性能和过滤性能 则比聚砜原样小；随着厚度的增加，纤维膜的品质因子先减小后增大。 相同微球质量百分数条件下，PSU-900 SiO2 复合纤维膜的品质因子为0.0086， I 中文摘要 静电纺纤维的形态及排列与膜的结构与性能的关系 明显低于 PSU-300 SiO2 复合纤维膜的品质因子（0.0128 ）；相同厚度条件下， PSU-22-18/300 SiO -4 三组分复合纤维膜的品质因子为 0.0079，因此加入 300nm 2 SiO 微球制得的复合纤维膜对对过滤性能的改善效果更好。 2 静电纺PSU/聚酰胺6 复合纳米纤维膜的结构及性能：PSU 纤维膜复合不同厚 度的静电纺聚酰胺6 纤维层，随聚酰胺6 纤维层厚度的增加，复合膜的孔径、透 气性能变小，孔隙率和力学性能基本不变，过滤效率提高，但是压降也增加，比 较PSU 纤维膜复合不同厚度聚酰胺6 纤维层后的品质因子发现，在PSU 纤维膜表 面再纺制1h 的聚酰胺6 纤维层后的过滤性能最好，品质因子达到0.0181 。 比较粗细纤维复合、加入微球以及与聚酰胺6 纤维膜/ 网复合三种不同结构纤 维膜的过滤性能，在PSU 浓度为20wt%纺丝液中加入质量百分数为5% 300 nm SiO2 后制得的纳米纤维/纳米微球复合纤维膜的过滤性能最好。 关键词：静电纺丝；膜结构；复合纤维膜；空气过滤；品质因子 作 者: 王丹飞