J. Aerosol Sci.：同時熔融和溶液靜電紡絲制備復合微/納米纖維空氣濾膜

DOI: 10.1016/j.jaerosci.2021.105754

本文提出了一種通過熔融和溶液靜電紡絲制備分層微納米纖維，從而解決過濾效率與壓降之間平衡問題的新方法。在結合熔融和溶液靜電紡絲的基礎上，采用纖維印刷裝置制備出聚酰胺纖維墊。通過優化工藝參數，研究者開發出具有良好過濾性能的纖維墊。由于壓降值較低（15.92-50.17Pa），因此過濾品質因數較高（例如PN1餾分為0.068-0.085Pa-1），過濾效率在93.7（PN1）-98.5％（PN10）之間。纖維基質中納米亞微米級（＜1μm）與超微米級（≥1μm）纖維的比率較高，這與其較高的過濾品質因數有關。

圖1.纖維印刷熔體靜電紡絲和溶液靜電紡絲設備的組合示意圖：1-高壓電源；2-燈絲線圈；3-控制器；4-喂絲機；5、6-機械運動傳送器；7、8-帶噴嘴的加熱元件；9-旋轉滾筒收集器；10-活動臂；11、12、13-注射泵、固定支架和注射器；14-透明外殼。

圖2.纖維數量示意圖。

圖3.用于過濾效率和壓降測量的實驗裝置（S1-小NaCl顆粒；S2-大KCl顆粒）。

圖4.纖維結構的SEM圖像（放大1000倍）：（A）-熔體（M）靜電紡絲，（B）-在熔體靜電紡絲過程中間進行常規熔體-溶液紡絲（M_MS_M），（C）-同時熔融-溶液靜電紡絲（MS），（D）-溶液靜電紡絲（S）。

圖5.纖維墊的橫截面（不帶支撐層）：（I）進料速度-0.6g/h，針尖到收集器的距離-50mm；（II）進料速度-1.8g/h，針尖到收集器的距離-50mm；（III）進料速度-0.6g/h，針尖到收集器的距離-70mm。

圖6.纖維墊的顆粒過濾效率（樣品代碼請參見表1；實線表示合適的熔融/電紡絲樣品，虛線表示溶液電紡絲樣品）。

圖7.在最大穿透粒徑（0.3μm）下，不同電紡墊過濾效率的比較。樣品代碼請參見表1。

圖8.測試墊孔隙率和壓降之間的關系。

圖9.復合墊的過濾效率（ePN1）和壓降（a）之間的關系，以及品質因數與數值纖維比（亞微米與超微米以nm:μm為單位）之間的關系。