[发明专利]一种微/纳米纤维气凝胶复合滤料的制备方法

说明书

本发明公开了一种微/纳米纤维气凝胶复合滤料的制备方法，属于纺织材料领域。本发明的具体制备方法为：(1)微/纳米纤维制备；(2)纤维剪切粉碎步骤(1)制备得到的微/纳米纤维制备分散液；(3)将步骤(2)得到的纤维分散液浸渍基材冻干成型：将基材和纤维分散液采用真空抽滤法进行抽滤，得到湿态复合材料；随后将湿态复合材料进行冷冻干燥制成气凝胶材料；(4)将步骤(3)所述的气凝胶复合滤料进行加固，即可以得到所述的微/纳米纤维气凝胶复合滤料。本发明采用真空抽滤法制备微/纳米纤维气凝胶连续梯度结构复合滤料，过滤效率高，适用于高温烟气过滤、油/水分、隔热、吸音和纤维增强复合材料等领域。

技术领域

本发明涉及一种微/纳米纤维气凝胶复合滤料的制备方法，属于纺织材料领域。

背景技术

工业烟尘的排放是产生雾霾的主要原因之一，特别是由此产生的细微颗粒物(PM2.5)，会增加人类呼吸系统类疾病的发生率。因此，研发控制工业炉窑中含尘烟气排放量的高温烟气过滤材料并解决其关键技术，是我国环保领域的研究重点和热点。但高温烟气过滤对滤料的捕集效率和使用寿命要求较高，目前使用较多的是针刺、水刺或覆膜滤料。

如中国专利CN105220364A公开了一种干湿两种成网方式相结合水刺固结的非织造材料，是在干法成网基材上铺设超短纤维面层，后经水刺固结形成复合纤维网。该滤料的过滤性能确实良好，压力降也减小，但对细小颗粒的捕集效率低。

又如中国专利CN105688512A公开了一种水刺精密面层滤料，从迎尘面到净气面依此为精密面层、上层纤维网层、基材层、下层纤维网层。该滤料结构稳定、过滤精度高，但制备工艺繁杂。

再如中国专利CN108434863A公开了一种耐腐蚀高克重水刺滤料，采用不同细度和长度的聚苯硫醚纤维为原料制备水刺基材，再用PTFE乳液和成膜剂进行表明涂覆。该滤料过滤精度高，但压力降大，制备流程复杂。

纳米纤维气凝胶材料，具有独特的多级网孔结构，材料内的大孔(10～30μm)通过三角粘结区互连，粘结区又由很多小孔(1～2μm)组成，材料呈现蜂窝状的孔结构，该结构赋予材料良好的透气性，同时其压缩回弹性和耐久性均优于同体积密度的其他纤维气凝胶材料。

如文献(Robust polyimide nano/microfibre aerogels welded by solvent-vapour for environmental applications)公开了一种微/纳米复合气凝胶滤料，该滤料是将非织造基材浸渍于纳米纤维分散液中，通过超声处理，后经冷冻干燥、熏蒸加固而得。与纳米纤维覆膜滤料相比，在同等过滤效率下，此滤料在一定程度上降低了过滤阻力。但是，超声浸渍后，纳米纤维主要随机分布于基材的上下表面，仅有部分纤维嵌入基材内部，且对0.5μm以下颗粒的过滤效率有待提高。

发明内容

为解决上述至少一个问题，本发明提供了一种微/纳米纤维气凝胶复合滤料的制备方法，所述复合滤料是采用多针头静电纺丝技术制备不同直径的纤维，然后均质剪切，冷冻成型，后经熏蒸加固形成气凝胶滤料，本发明最终得到的复合滤料捕集效率高、过滤阻力小。

而且本发明采用真空抽滤法制备微/纳米纤维气凝胶连续梯度结构复合滤料，从迎尘面到净气面，微/纳米纤维密度逐渐降低。该滤料在解决微/纳米纤维气凝胶强力低、易破损问题的同时，提高了基材的过滤效率。

本发明的第一个目的是提供一种微/纳米纤维气凝胶复合滤料的制备方法，包括以下步骤：

(1)微/纳米纤维制备；

(2)纤维剪切粉碎步骤(1)制备得到的微/纳米纤维制备分散液；

(3)将步骤(2)得到的纤维分散液浸渍基材冻干成型：将基材和纤维分散液采用真空抽滤法进行抽滤，得到湿态复合材料；随后将湿态复合材料进行冷冻干燥制成气凝胶材料；