自然界中存在的具有獨立分支的纖維形態,例如鵝絨毛,可提供人造纖維體系幾乎無法實現的強大功能。在這項工作中,研究者開發了一種簡單且可擴展的方法來生成絨毛狀對位芳綸纖維和組件。通過用弱堿性溶液(低濃度NaOH)處理商用對位芳綸超細纖維,成功觸發了化學水解和物理剪切的協同效應,在對位芳綸纖維表面生成了豐富的納米纖維分支。與傳統的單一結構相比,由絨毛狀纖維組成的非織造布呈現出典型的多尺度纖維形態、較大的比表面積和較小的孔徑,從而顯示出增強的顆粒吸附能力(超過原始無紡布的兩倍)、優異的吸油能力(增加了約50%)、改善的空氣過濾性能(過濾效率加倍)和有效的隔熱能力(熱導率=26.1mW·m-1·K-1)。更吸引人的是,絨毛狀纖維很好地繼承了對位芳綸固有的阻燃特性,制造過程既不需要復雜的設備,也不需要繁瑣的程序,很好地詮釋了這些纖維和組件的強大競爭力。
圖1.(a)鵝絨毛的照片(左)和相應的光學顯微鏡圖像(右)。(b)市售和絨毛狀對位芳綸纖維的光學顯微鏡圖像和(c)SEM圖像。
圖2.(a)由絨毛狀纖維組成的原纖化對位芳綸非織造布的制備過程示意圖。(b)對位芳綸非織造布在NaOH處理前后的SEM圖像和(c)拉伸應力。(d)原纖化對位芳綸非織造布在壓縮和釋放循環下的照片(ε=72%)。(e)原纖化對位芳綸非織造布的壓縮回彈性。
圖3.(a)原始和原纖化非織造布的FTIR光譜、(b)C1s、(c)O1s和(d)N1s的XPS光譜,以及(e)XRD。(f)NaOH處理原纖化對位芳綸非織造布的機理圖。
圖4.(a)CNTs-原始和CNTs-原纖化非織造布的照片,(b)TGA曲線,和(c)表面電阻率。(d)包含一塊電池、一個偏壓為3V的LED燈和一塊載有CNTs的對位芳綸非織造布的電路照片:CNTs-原纖化樣品可以點亮LED燈,使用CNTs-原始樣品未觀察到光。(e)原始和原纖化非織造布的SSAs和孔體積。
圖5.(a)對位芳綸無紡布表面的水滴和油滴(插圖為對位芳綸無紡布的水接觸角)。(b)NaOH處理前后無紡布的吸油能力,(c)吸油示意圖,和(d)孔徑分布。(e)3D原纖化非織造布在吸油-擠壓過程中的照片。(f)原始和原纖化非織造布的循環吸油效率。
圖6.(a)原始和原纖化非織造布在32L·min-1風速下的過濾性能。(b)空氣過濾試驗后原纖化非織造布的SEM圖像。(c)原始和原纖化非織造布在不同風速下的過濾效率和壓降,(d)品質因素。
圖7.(a)放置在RPB孔中的原始無紡布、原纖化無紡布和MF的光學照片。(b)原始和原纖化對位芳綸非織造布,以及MF在1、5和30分鐘時的熱紅外圖像。加熱平臺的溫度分別設定為50、75、100、125和150℃。(c)樣品上表面檢測到的溫度隨加熱平臺設定溫度的變化。(d)原始無紡布、原纖化無紡布和MF在35℃下的熱導率。(e)NaOH處理前后對位芳綸非織造布的熱傳導示意圖。
圖8.(a)對位芳綸非織造布在NaOH處理前后的熱收縮率、(b)過濾性能和(c)燃燒行為。(d)原纖化無紡布吸收硅油的燃燒行為,硅油與原纖化無紡布的重量比為5:1。