[发明专利]三维曲折纳米纤维复合窗纱及其静电纺丝方法

说明书

技术领域

本发明属过滤材料制备技术领域，涉及一种三维曲折纳米纤维复合窗纱及其静电纺丝方法，特别是涉及一种通过模板接收技术、针头三维立体排布技术和梯度电场循环纺丝技术相结合的窗纱用三维曲折纳米纤维过滤材料及其静电纺丝方法。

背景技术

近年来我国大部分地区持续出现的雾霾污染问题严重威胁着人们的身体健康，在雾霾环境下开窗换气与室内洁净成为矛盾体，因此，开发防雾霾窗纱过滤材料成为解决这一矛盾的有效途径。现有防雾霾窗纱过滤材料难以同时满足高效率、低压阻的过滤需求，无法实现对雾霾的有效防护。静电纺纳米纤维由于具有纤维直径小、孔径小、孔隙率高、结构可调性强等特点，其与基材结合制备的复合过滤材料具有高过滤效率、低空气阻力等优点，因而使其成为制备高性能窗纱的理想材料，具有巨大的应用价值。公开的制备静电纺纳米纤维窗纱过滤材料的技术有：一种防雾霾纳米窗纱制作方法(CN201410272399.9)，透光、透气、静电排斥PM2.5空气过滤膜及制备方法(CN201510307864.2)，一种纳米纤维膜窗纱(CN201520278851.2)，一种纳米防雾霾纱窗(CN201520338542.X)，防雾霾纱窗(CN201520696501.8)，一种新型尺寸可调节的自组装DIY抗菌防霾纱窗结构(CN201520785799.X)，静电纺聚乳酸纳米纤维复合滤料的过滤性能研究(论文)，醋酸纳米纤维/PP纺粘非织造布空气过滤复合材料的制备与性能研究(论文)，熔体静电纺PET复合过滤材料的制备及性能研究(论文)，熔喷/纺粘复合非织造布过滤材料的研究(论文)，静电纺纤维/非织造布复合过滤材料的结构性能与模拟(硕士论文)都是将静电纺纳米纤维直接喷涂到接收基材上制备纳米纤维复合过滤材料，所制备的纳米纤维复合过滤材料普遍存在过滤效率偏低、阻力压降大的问题，因此需开发新型高性能的窗纱用过滤材料。

发明内容

本发明的目的是提供三维曲折纳米纤维复合窗纱及其静电纺丝方法，有效解决了现有技术制备的过滤材料过滤效率偏低、阻力压降大的问题；特别是采用窗纱与三维曲折纳米纤维膜的静电纺丝复合纺丝技术，提供了一种静电纺三维曲折纳米纤维复合窗纱。

本发明的三维曲折纳米纤维复合窗纱的静电纺丝方法，将聚合物纺丝溶液进行静电纺丝，其特征是：采用三维曲折接收面；所述三维曲折接收面的每个起伏对应一组纺丝针头，所述纺丝针头的针尖构成的轮廓与所述三维曲折接收面一致；每组纺丝针头至少包括左、中和右三排，中排的纺丝针头正对所述三维曲折接收面的每个起伏的最高点，左排和右排的纺丝针头分别对应所述三维曲折接收面的起伏的中间位置，左排的纺丝针头垂直于所述三维曲折接收面的起伏的左侧平面或者平行于所述三维曲折接收面的起伏的左侧的曲面的法线方向，右排的纺丝针头垂直于所述三维曲折接收面的起伏的右侧平面或者平行于所述三维曲折接收面的起伏的右侧的曲面的中间位置的法线方向；

所述三维曲折接收面为窗纱复合可去除型三维曲折形状模板的接收面；可去除型三维曲折形状模板采用热熔材料；

静电纺丝结束后加热熔融热熔材料获得三维曲折纳米纤维复合窗纱。

作为优选的技术方案：

如上所述的三维曲折纳米纤维复合窗纱的静电纺丝方法，所述静电纺丝的工艺为：

聚合物纺丝溶液的浓度为10-40wt％；

纺丝顺序根据纺丝针头按中、左、右或中、右、左循环轮流纺丝，循环数1-60；

中排的纺丝针头纺丝参数：电压15-100kV，接收距离10-150cm，灌注速度0.1-10mL/h，温度15-35℃，湿度5-90％，纺丝时间5-300s；

左排和右排的纺丝针头的纺丝参数均为：电压10-90kV，接收距离10-150cm，灌注速度0.1-10mL/h，温度15-35℃，湿度5-90％，纺丝时间5-300s；

且满足：中排的纺丝针头电压＞左排或右排的纺丝针头电压；

或者，更进一步地：

按前述静电纺丝工艺纺出一层纳米纤维膜后，再按前述静电纺丝工艺路线并同幅度降低10-15％的电压纺出一层蓬松纳米纤维膜，如此交替，纺制获得层叠结构的三维曲折纳米纤维复合膜。

如上所述的三维曲折纳米纤维复合窗纱的静电纺丝方法，窗纱的材质为尼龙、金属或玻纤，纤维直径为1-50μm，孔径尺寸为3-500μm；可去除型三维曲折形状模板的三维曲折形状的折高h＝5-40mm，折角α＝5-45°。