[发明专利]一种具有梯度结构的粗细组合纳米纤维空气过滤材料的制备方法

摘要

本发明涉及一种具有梯度结构的粗细组合纳米纤维空气过滤材料及其制备方法，过滤材料包括从下而上设置的非织造布基材、具有梯度结构的至少三层粗细组合纳米纤维过滤层和非织造布覆盖层；其制备方法为在较细的纳米纤维中均匀混入较粗的纳米纤维，通过调节纺制较粗纳米纤维与纺制较细纳米纤维的纺丝液的质量比，控制较粗纳米纤维的含量沿过滤材料厚度方向由下向上逐渐递增，得到具有梯度结构的粗细组合纳米纤维过滤层，采用热轧工艺将非织造布基材、粗细组合纳米纤维过滤层和非织造布覆盖层进行复合，得到三明治结构空气过滤材料。本发明制备工艺简单，可精确控制纤维结构，制备的过滤材料过滤效率高，阻力压降小，容尘量大，力学性能良好。

主权项

一种具有梯度结构的粗细组合纳米纤维空气过滤材料的制备方法，其特征在于，所述纳米纤维空气过滤材料，其包括从下而上设置的非织造布基材、具有梯度结构的至少三层粗细组合纳米纤维过滤层和非织造布覆盖层；所述粗细组合纳米纤维过滤层由直径在900‑1800nm的较粗的静电纺聚酰胺6纳米纤维和直径在300‑550nm的较细的静电纺聚酰胺6纳米纤维均匀混合而成，粗细组合纳米纤维过滤层结构蓬松，具有三维网状微孔，较粗聚酰胺6纳米纤维在较细聚酰胺6纳米纤维中的质量百分含量沿过滤材料厚度方向由下向上逐渐递增；所述制备方法按以下步骤进行：第一步，纺制较粗的纳米纤维和较细的纳米纤维的两种纺丝液的配置：将一定量的聚酰胺6颗粒加入甲酸中，用磁力搅拌装置连续搅拌6‑10小时，得到质量分数为20‑25%的均匀、稳定的纺丝液，作为较粗的聚酰胺6纳米纤维的纺丝溶液；将一定量的聚酰胺6颗粒加入甲酸中，用磁力搅拌装置连续搅拌6‑10小时，得到质量分数为15‑18%的均匀、稳定的纺丝液，作为较细的聚酰胺6纳米纤维的纺丝溶液；第二步，单层粗细组合纳米纤维过滤层的制备：将纺制较粗聚酰胺6纳米纤维的纺丝液和纺制较细聚酰胺6纳米纤维的纺丝液分别注入两个注射器中，将两个注射器固定在双针道静电纺丝机内，用两个鳄鱼夹分别与两个注射器的针头相连，再将高压直流电源的正极与鳄鱼夹相连，高压直流电源的负极与金属接收滚筒连接并接地，接收滚筒上包覆有非织造布基材，启动该双针道静电纺丝机，在接收滚筒的非织造布基材表面同时沉积较粗的聚酰胺6纳米纤维和较细的聚酰胺6纳米纤维，得到混合均匀的粗细纳米纤维混合过滤层；第三步，具有梯度结构的多层粗细组合纳米纤维过滤层的制备：制备沉积在非织造布基材上的第一层粗细组合纳米纤维过滤层时，在一个注射器中注入一定量的纺制较细纳米纤维的纺丝液，在另一个注射器中注入较少的纺制较粗纳米纤维的纺丝液，即控制纺制较粗纳米纤维的纺丝液与纺制较细纳米纤维的纺丝液的质量比例较低，然后在第二步所述的双针道静电纺丝机上同时进行静电纺，得到第一层粗细组合纳米纤维过滤层，第一层粗细组合纳米纤维过滤层中的粗纤维含量较少，过滤效率较高，阻力压降较大；制备沉积在非织造布基材上的第二层粗细组合纳米纤维过滤层时，在一个注射器中注入相同质量的纺制较细纳米纤维的纺丝液，在另一个注射器中注入比第一次多的纺制较粗纳米纤维的纺丝液，即控制纺制较粗纳米纤维的纺丝液与纺制较细纳米纤维的纺丝液的质量比例比第一次的质量比例大，然后在第二步所述的双针道静电纺丝机上同时进行静电纺，得到第二层粗细组合纳米纤维过滤层，第二层粗细组合纳米纤维混合过滤层中的粗纤维含量比第一层多，过滤效率比第一层低，阻力压降比第一层小；以此类推，制备沉积在非织造布基材上的第n层粗细组合纳米纤维过滤层时，控制纺制较粗纳米纤维的纺丝液与纺制较细纳米纤维的纺丝液的质量比例比第n‑1层的质量比例大，得到的第n层粗细组合纳米纤维过滤层中的粗纤维含量比第n‑1层多，第n层粗细组合纳米纤维过滤层的过滤效率比第n‑1层低，阻力压降比第n‑1层小，n为大于等于3的整数；通过调节纺制较粗纳米纤维的纺丝液与纺制较细纳米纤维的纺丝液的质量比，控制较粗纳米纤维的含量沿过滤材料厚度方向由下向上逐渐递增，各个粗细组合纳米纤维过滤层的过滤效率沿过滤材料的厚度方向由下向上逐渐递减，阻力压降沿过滤材料的厚度方向由下向上逐渐递减，从而得到具有梯度结构的多层粗细组合纳米纤维过滤层；第四步，过滤材料的复合：在最后一层粗细组合纳米纤维过滤层的表面覆盖一层非织造布过滤材料，采用点状热轧技术将非织造布基材、具有梯度结构的粗细组合纳米纤维过滤层和非织造布覆盖层复合在一起，点状复合热轧温度为160‑200℃，得到三明治结构空气过滤材料。