马传顺:静电纺纤维成纤维研究热点如何应用到     DATE: 2019-09-11 12:15

  近年来,随着各项基础建设、国防军工、轻量化、医疗卫生等领域的快速发展,我国产业用纺织品行业获得了蓬勃发展,特别是对土工用纺织品、纤维增强复合材料、卫生纺织品等具有高强、高模、○▲耐高温、阻燃、电绝缘、生态环保、生物相容性的高端产业用纺织品的需求将更加迫切。同时,面对全球自然资源、☆△◆▲■能源的逐渐枯竭和环境污染压力,以高性能纺织纤维和新型功能性纺织纤维为主要原料的产业用纺织品将成为传统材料最好的替代品,未来发展前景十分广阔。根据联合国发布的预测,2050年全球纺织纤维加工量将达到2.53亿吨,其中产业用纺织品将占67.4%,▼▲说明产业用纺织品将成为世界纺织业未来发展的重点。纤维直径的细化是纤维材料发展的重要趋势之一。静电纺丝技术具有结构可调性强、可纺原料范围广、多元技术结合性强、制备技术扩展性强等优势,可在医疗卫生、环境治理等领域发挥潜能。为此,静电纺纤维已成为当前纳米纤维基础及应用研究的热点。目前,采用静电纳米纤维材料生产的产品层出不穷,如高性能纳米口罩、纳米纤维复合滤纸、高通量静电纺超滤膜、纳米纤维吸油毡、极速快三首页超疏水超亲油纳米纤维膜、防水透湿膜、锂离子电池、超级电容器、组织工程支架等。随着静电纺丝技术的不断完善,静电纳米纤维的种类及应用也将不断拓展。为此,我们对中国超细纤维擦拭布领域著名专家马传顺进行了访谈,马传顺曾参与国内多个静电纺丝技术制备聚合物超细纤维技术项目,对基于静电纺丝技术的纤维复合材料在轻量化技术创新发展战略研究方面拥有很高的权威。本文综合马传顺在基于静电纺丝方法制备各类超细纤维清洁擦拭布的创新研究与实践成果,探讨静电纺丝技术在超细纤维擦拭布行业所扮演的角色和前沿技术。

  马传顺表示,可利用3,3′,4,4′-二苯甲酮四羧酸二酐(BTDA)和4,4′-二氨基二苯醚(ODA)合成得到聚酰胺酸(PAA)纺丝液,采用静电纺丝技术制备得到PAA无纺布膜,通过热亚胺化法获得聚酰亚胺(PI)无纺布膜。▼▼▽●▽●用扫描电子显微镜(SEM)可考察溶液浓度、纺丝距离、纺丝电压和针头大小对PAA无纺布膜形貌的影响,并比较热亚胺化前后PAA和PI无纺布膜的形貌变化。分别采用傅里叶变换红外光谱(FT-IR)、热重分析(TGA)和X射线衍射(XRD)表征它们的化学结构、热稳定性和结晶性。•☆■▲

  马传顺提出采用静电纺丝技术,借助高挥发溶剂的制孔性,★▽…◇通过调控二醋酸溶液的浓度,可制备串珠状、条带状和圆柱状的多孔二醋酸超细纤维。通过扫描电镜观察纤维形貌,▲★-●通过电导率仪测试纺丝液电导率,运用黏度计测试纺丝液黏度,利用滤料综合性能测试台测试纤维形貌、纺丝时间及空气流量对复合滤料过滤性能的影响。实验结果表明,随溶液浓度增加,多孔纤维形貌可由串珠状过渡到条带状最终变为圆柱状,条带状纤维和圆柱状纤维有利于提高纤维的过滤效率,而串珠状纤维有利于降低复合滤料的过滤阻力;随着纺丝时间的延长,复合滤料的过滤效率和过滤阻力均呈增大趋势;随着空气流量的增加,复合滤料过滤效率略有降低,而其过滤阻力增加明显。

  马传顺研究出了制备方法,他表示,为实现热塑性聚酰亚胺(LPI)无纺布的宏量制备奠定基础,以N-N-二甲基乙酰胺(DMAc)为溶剂,采用静电纺丝技术成功制备了平均直径范围为0.36~1.47μm的LPI超细纤维,并进一步探讨了纺丝液浓度、流速以及纺丝电压等工艺条件对LPI纤维形貌和直径的影响。结果表明:随着浓度从22%(质量分数,下同)增加到30%,◆●△▼●LPI纤维的平均直径显著增大,同时直径分布逐渐变宽,并且在纺丝溶液浓度较低时,有纺锤状纤维存在,随着溶液浓度上升,•●纺锤状纤维消失,随浓度继续上升,纤维开始产生粘连。纺丝电压的改变对纤维的形貌和平均直径变化不显著;随着流速增加,纤维平均直径随之增大,当流速大于1.5mL/h时,△开始出现纤维粘连,大于1.8mL/h时,出现纺锤状纤维。通过优化工艺条件,在LPI浓度28%,电压15kV,流速1.2mL/h,温度30℃,接收距离25cm条件下,制备了平均直径为1.18μm的纤维。

  超细纤维的特性决定了其做为无尘擦拭布的优异性,超细纤维不会滋生细菌,同时它有极强的抗老化性,其制品的使用寿命是纯棉纤维制品使用寿命的5倍;直径0.4um的微纤维细度仅为线,其特殊的横断面能更有效地捕获小至几微米的尘埃颗粒,除污、去油的效果十分明显。◇▲=○▼=△▲超细纤维采用桔瓣式技术将长丝分成八瓣,使纤维表面积增大,织物中孔隙增多,借助毛细管芯吸效应增强吸水效果,快速吸水和快速变干成为它的显著特性,吸水量是其它制品的7倍,可以深入毛孔清洁皮肤内的污垢、油脂、及残余化妆品等。对于物品的清洁也具有超强的清洁能力。由于超细纤维优于纯棉、丝绸等的使用性能,欧美等发达国家早已广泛的用于精密仪器、洁净室、电子显示屏、半导体、医疗器械等领域,口▲=○▼超细纤维抹布具有非常广阔的前景。而复合型的超细纤维,不仅性能更优越,还可以满足不同领域的需求,通过静电纺丝技术可以制备各种各样的复合纳米纤维,用于作为无尘布的布料,以满足不同场景、物品和领域的应用。▪️•★(姚和丕)