史露露 劉玉軍 李貞兵 王榮武

1. 東華大學(xué)紡織學(xué)院，上海 201620；2. 江蘇省產(chǎn)業(yè)技術(shù)研究院，江蘇 南京 210042；3. 蘇州康富特環(huán)境科技有限公司，江蘇 蘇州 215024

近些年，空氣污染問(wèn)題一直是社會(huì)密切關(guān)注的熱點(diǎn)。隨著人們健康意識(shí)的增強(qiáng)，市場(chǎng)對(duì)空氣過(guò)濾設(shè)備的需求日益增加。過(guò)濾材料作為空氣過(guò)濾設(shè)備的核心部分，其過(guò)濾精度決定著空氣的過(guò)濾效果。參考?xì)W洲標(biāo)準(zhǔn)EN 1822-1:2009《高效空氣過(guò)濾器(EPA、HEPA與ULPA)第1部分：分級(jí)、性能試驗(yàn)、標(biāo)識(shí)》，高效空氣過(guò)濾器被劃分為三類(lèi)：EPA過(guò)濾器，分三個(gè)級(jí)別(E10、E11、E12)；HEPA過(guò)濾器，分兩個(gè)級(jí)別(H13、H14)；ULPA過(guò)濾器，分三個(gè)級(jí)別(U15、U16、U17)。日常家用的高效空氣凈化器所選用的一般是E11(最易穿透粒徑法得到的過(guò)濾效率≥95.00%)級(jí)別的過(guò)濾器[1]。目前，商品化高效空氣過(guò)濾材料主要分為超細(xì)玻璃纖維材料和熔噴駐極非織造材料兩大類(lèi)[2-5]。超細(xì)玻璃纖維材料在實(shí)現(xiàn)高效過(guò)濾的同時(shí)，其過(guò)濾阻力較大，而且玻璃纖維的脆性大，也易脫落，容易引發(fā)過(guò)敏反應(yīng)，危害人體健康，故其產(chǎn)品的應(yīng)用受到一定限制；熔噴駐極非織造材料因靜電力吸附而具有較高的過(guò)濾效率，但是其駐極電荷會(huì)隨著時(shí)間衰減，尤其在一定的相對(duì)濕度和油性顆粒物條件下，駐極電荷會(huì)更加迅速地衰減，導(dǎo)致其產(chǎn)品的過(guò)濾效率無(wú)法滿足使用要求。

靜電紡亞微米纖維具有纖維直徑小、比表面積大、孔隙率高等優(yōu)點(diǎn)，在空氣過(guò)濾方面性能表現(xiàn)優(yōu)異，且隨著梯度結(jié)構(gòu)理論的引入，靜電紡亞微米纖維膜過(guò)濾材料的過(guò)濾性能進(jìn)一步被優(yōu)化[6]。目前，國(guó)內(nèi)外已有相關(guān)設(shè)備可用于靜電紡亞微米纖維膜的批量化生產(chǎn)[7]，這極大地推動(dòng)了靜電紡亞微米纖維膜過(guò)濾材料的商品化進(jìn)程。但是，亞微米纖維膜的強(qiáng)力很低。在實(shí)際應(yīng)用中，常采用機(jī)織布或非織造布作為基布與亞微米纖維膜復(fù)合，從而增強(qiáng)過(guò)濾材料的性能。但由于亞微米纖維膜與基布之間的黏結(jié)力不足，在復(fù)合加工、濾芯制備、產(chǎn)品使用過(guò)程中，都可能造成亞微米纖維膜發(fā)生剝離或破壞，進(jìn)而影響過(guò)濾材料的使用性能[8]。因此，為了滿足靜電紡亞微米纖維膜過(guò)濾材料的可加工性，需要提高亞微米纖維膜與基布之間的黏結(jié)力，制備具有一體化結(jié)構(gòu)的亞微米纖維復(fù)合過(guò)濾材料。

熱黏合用乙烯(PE)-丙烯(PP)雙組分皮芯結(jié)構(gòu)復(fù)合纖維(ES纖維)由兩種不同熔點(diǎn)的聚合物組成。其中，高熔點(diǎn)的聚合物作為芯層，被作為皮層的低熔點(diǎn)的聚合物包覆。熱處理后，ES纖維皮層的聚合物部分熔融，起到黏結(jié)作用[9]37-38。

本文選用靜電紡常用聚合物聚丙烯腈(PAN)制備具有簡(jiǎn)單梯度結(jié)構(gòu)的PAN亞微米纖維膜作為芯層材料，采用ES纖維熱風(fēng)非織造材料作為上、下層，通過(guò)熱風(fēng)穿透式黏合工藝制備亞微米纖維復(fù)合非織造過(guò)濾材料，探究熱風(fēng)處理工藝參數(shù)對(duì)材料的成型效果、力學(xué)性能和過(guò)濾性能的影響，為產(chǎn)業(yè)化制備可加工性能優(yōu)良的亞微米纖維復(fù)合非織造過(guò)濾材料提供參考。

1 試驗(yàn)部分

1.1 試驗(yàn)材料及儀器

(1) 試驗(yàn)材料：PAN粉末(相對(duì)分子質(zhì)量為85 000)，上海國(guó)藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司；N,N-二甲基甲酰胺(DMF)，上海凌峰化學(xué)試劑有限公司；ES纖維熱風(fēng)非織造材料，面密度為25 g/m2，ES纖維皮芯比(PP/PE)為50 ∶50，纖維直徑為17.98 μm，福建三明市康爾佳衛(wèi)生用品有限公司。

(2) 試驗(yàn)儀器：JA2003B型電子天平，上海越平科學(xué)儀器有限公司；B4-1A型磁力攪拌器，上海碩光電子科技有限公司；平網(wǎng)式熱風(fēng)穿透烘箱，東華大學(xué)自制；TM3000型掃描電子顯微鏡(SEM)，日本日立儀器公司；LLY-06E型電子纖維強(qiáng)力儀，溫州百恩儀器有限公司；YG028-500型拉伸儀，溫州百恩儀器有限公司。

1.2 試樣制備

1.2.1 PAN亞微米纖維膜的制備

取一定量的PAN粉末加入DMF中，室溫下磁力攪拌24 h至完全溶解，配制成質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為10%、14%的PAN紡絲液。采用課題組自制的無(wú)針靜電紡絲裝置[10]進(jìn)行靜電紡絲，紡絲工藝條件：ES纖維熱風(fēng)非織造材料作為接收基布，接收距離為20 cm，紡絲電壓為55 kV，滾筒轉(zhuǎn)速為80 r/min，噴頭橫移速度為1 200 mm/min。先用質(zhì)量分?jǐn)?shù)為14%的紡絲液進(jìn)行20 min的靜電紡絲，再用質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10%的紡絲液進(jìn)行20 min的靜電紡絲，得到上、下層纖維直徑不同的PAN亞微米纖維膜，其微觀結(jié)構(gòu)如圖1所示，上層為質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10%的紡絲液制備的PAN亞微米纖維纖網(wǎng)，纖維直徑為136 nm；下層為質(zhì)量分?jǐn)?shù)為14%的紡絲液制備的PAN亞微米纖維纖網(wǎng)，纖維直徑為387 nm。

圖1 PAN亞微米纖維膜微觀結(jié)構(gòu)

1.2.2 亞微米纖維復(fù)合非織造過(guò)濾材料的制備

將PAN亞微米纖維膜作為芯層，ES纖維熱風(fēng)非織造材料作為上、下層，一起置入平網(wǎng)式熱風(fēng)穿透烘箱(圖2)[11]中，通過(guò)熱風(fēng)穿透式黏合工藝進(jìn)行復(fù)合加工，得到亞微米纖維復(fù)合非織造過(guò)濾材料(下文簡(jiǎn)稱(chēng)“樣品”)。

1—主風(fēng)機(jī)；2—電加熱器；3—主送吹風(fēng)道；4—主抽吸風(fēng)道； 5—ES纖維熱風(fēng)非織造材料；6—PAN亞微米纖維膜； 7—傳送簾；8—冷卻輥圖2 平網(wǎng)式熱風(fēng)穿透烘箱

經(jīng)過(guò)預(yù)試驗(yàn)，最終選定的熱風(fēng)穿透式黏合工藝參數(shù)如表1所示。本文主要探討熱風(fēng)溫度和處理時(shí)間對(duì)樣品相關(guān)性能的影響，其中0#樣品未經(jīng)熱風(fēng)穿透式黏合工藝復(fù)合加工，下文簡(jiǎn)稱(chēng)“未處理樣”。

表1 熱風(fēng)穿透式黏合工藝參數(shù)

1.3 性能測(cè)試

1.3.1 力學(xué)性能

根據(jù)FZ/T 60011—2016《復(fù)合織物剝離強(qiáng)力試驗(yàn)方法》標(biāo)準(zhǔn)，采用LLY-06E型電子纖維強(qiáng)力儀對(duì)樣品的剝離強(qiáng)力進(jìn)行測(cè)試。樣品規(guī)格為30 mm×5 mm，夾持距離為10 mm，拉伸速度為10 mm/min。每種樣品測(cè)5次，結(jié)果取平均值。

根據(jù)GB/T 24218.3—2010《紡織品 非織造布試驗(yàn)方法 第3部分：斷裂強(qiáng)力和斷裂伸長(zhǎng)率的測(cè)定(條樣法)》標(biāo)準(zhǔn)，采用YG028-500型拉伸儀對(duì)樣品的斷裂強(qiáng)力進(jìn)行測(cè)試。樣品規(guī)格為250 mm×50 mm，夾持距離為200 mm，拉伸速度為100 mm/min。每種樣品測(cè)5次，結(jié)果取平均值。

1.3.2 過(guò)濾性能

采用TSI8130型自動(dòng)濾料測(cè)試儀，測(cè)試樣品的過(guò)濾效率與過(guò)濾阻力。選用NaCl氣溶膠顆粒，其質(zhì)量中值直徑為0.26 μm，氣體流速為32 L/min。每種樣品測(cè)5次，結(jié)果取平均值。

2 結(jié)果與討論

2.1 力學(xué)性能

2.1.1 剝離強(qiáng)力

ES纖維熱風(fēng)非織造材料層與PAN亞微米纖維膜之間的黏結(jié)牢度可用樣品的剝離強(qiáng)力進(jìn)行表征。剝離強(qiáng)力越高，則過(guò)濾材料的一體化成型效果越好。圖3所示為樣品的剝離強(qiáng)力測(cè)試結(jié)果。

(a) 熱風(fēng)溫度與剝離強(qiáng)力(處理時(shí)間為2 min)

(b) 處理時(shí)間與剝離強(qiáng)力(熱風(fēng)溫度為130 ℃)圖3 樣品的剝離強(qiáng)力

由圖3(a)可知：在處理時(shí)間為2 min的條件下，當(dāng)熱風(fēng)溫度為130 ℃時(shí)，由于處理時(shí)間較短，樣品所受到的熱作用不足以使ES纖維的皮層組分充分熔融且發(fā)生黏性流動(dòng)，因此1#樣品的剝離強(qiáng)力很低，僅為2.59 cN；當(dāng)熱風(fēng)溫度從130 ℃上升到133 ℃，樣品的剝離強(qiáng)力從2.59 cN(1#樣品)大幅增加到25.84 cN(2#樣品)；隨著熱風(fēng)溫度的繼續(xù)上升，樣品的剝離強(qiáng)力呈逐步增大趨勢(shì)，這是由于隨著熱風(fēng)溫度的升高，ES纖維熱風(fēng)非織造材料受到的熱作用越來(lái)越劇烈，纖維皮層的低熔點(diǎn)組分的熔融越來(lái)越充分，導(dǎo)致ES纖維熱風(fēng)非織造材料層與PAN亞微米纖維膜之間的黏結(jié)點(diǎn)越來(lái)越多，故樣品的剝離強(qiáng)力越來(lái)越大。

由圖3(b)可以看出：在熱風(fēng)溫度為130 ℃的條件下，當(dāng)處理時(shí)間從2 min增加到4 min，樣品的剝離強(qiáng)力急劇提高，從2.59 cN(1#樣品)增加到40.82 cN(5#樣品)，說(shuō)明處理時(shí)間對(duì)樣品的剝離強(qiáng)力的影響顯著；當(dāng)處理時(shí)間超過(guò)4 min以后，樣品的剝離強(qiáng)力的增加趨勢(shì)變得緩和。這是由于ES纖維的熔融部分完成擴(kuò)散過(guò)程進(jìn)而形成黏結(jié)點(diǎn)所需要的時(shí)間一定，當(dāng)處理時(shí)間超出這個(gè)時(shí)間后，ES纖維的熔融部分的擴(kuò)散作用不再顯著，故樣品的剝離強(qiáng)力的增加幅度下降。

2.1.2 斷裂強(qiáng)力

處理時(shí)間保持不變時(shí)不同熱風(fēng)溫度所得的樣品(1#～4#)，以及熱風(fēng)溫度保持不變時(shí)不同處理時(shí)間所得的樣品(1#、5#～8#)的斷裂強(qiáng)力測(cè)試結(jié)果如圖4所示(MD表示縱向，CD表示橫向)，并與未處理樣(0#)對(duì)照。

(a) 不同熱風(fēng)溫度所得樣品的斷裂強(qiáng)力(處理時(shí)間為2 min)

(b) 不同處理時(shí)間所得樣品的斷裂強(qiáng)力(熱風(fēng)溫度為130 ℃)圖4 樣品的斷裂強(qiáng)力

由圖4(a)可以看出：在處理時(shí)間為2 min的條件下，當(dāng)熱風(fēng)溫度從130 ℃(1#樣品)上升到136 ℃(3#樣品)，樣品的縱向斷裂強(qiáng)力和橫向斷裂強(qiáng)力均逐漸提高，且在熱風(fēng)溫度為136 ℃時(shí)達(dá)到最大，這是ES纖維之間及ES纖維熱風(fēng)非織造材料層與PAN亞微米纖維膜之間形成的黏結(jié)點(diǎn)共同作用的結(jié)果。

由圖4(b)可知：在熱風(fēng)溫度為130 ℃的條件下，當(dāng)處理時(shí)間為4 min時(shí)，5#樣品的縱向和橫向斷裂強(qiáng)力都達(dá)到最大，縱向斷裂強(qiáng)力為122.27 N，橫向斷裂強(qiáng)力為21.87 N；隨著處理時(shí)間的進(jìn)一步增加，樣品的斷裂強(qiáng)力逐漸下降，這可能是因?yàn)镋S纖維受到的熱作用時(shí)間太長(zhǎng)，導(dǎo)致ES纖維熱風(fēng)非織造材料發(fā)生了損傷。

圖4中1#樣品的斷裂強(qiáng)力較0#樣品小幅降低，原因如圖3所示，在熱風(fēng)溫度為130 ℃和處理時(shí)間為2 min的工藝參數(shù)條件下，樣品的剝離強(qiáng)力過(guò)低，也就是說(shuō)，ES纖維熱風(fēng)非織材料層與PAN亞微米纖維膜之間的黏結(jié)作用過(guò)小，樣品在外力作用下易分層，造成應(yīng)力分散，同時(shí)ES纖維熱風(fēng)非織造材料受熱熔融可能引起纖維損傷，因此樣品的斷裂強(qiáng)力減小。

2.2 過(guò)濾性能

從2.1節(jié)的分析可以看出，當(dāng)熱風(fēng)穿透式黏合工藝參數(shù)在一定范圍內(nèi)時(shí)，隨著熱風(fēng)溫度的提高和處理時(shí)間的延長(zhǎng)，樣品的力學(xué)性能得到提升，這是由于ES纖維受到的熱作用越多，其發(fā)生熔融的部分越多，擴(kuò)散范圍越大，ES纖維之間及ES纖維熱風(fēng)非織造材料層與PAN亞微米纖維膜之間形成的黏結(jié)點(diǎn)越多。但這種黏結(jié)點(diǎn)的增多會(huì)對(duì)樣品過(guò)濾性能產(chǎn)生不利影響。因此，本節(jié)討論熱風(fēng)穿透式黏合工藝參數(shù)對(duì)樣品過(guò)濾性能的影響。為了綜合考慮和評(píng)價(jià)樣品的過(guò)濾性能，引入品質(zhì)因子，按式(1)計(jì)算。品質(zhì)因子值越大，表明樣品的過(guò)濾性能越好。

(1)

處理時(shí)間保持不變時(shí)不同熱風(fēng)溫度所得的樣品(1#～4#)的過(guò)濾性能測(cè)試結(jié)果如圖5所示，并與未處理樣(0#)對(duì)照。

(a) 過(guò)濾效率及過(guò)濾阻力

(b) 品質(zhì)因子圖5 不同熱風(fēng)溫度所得樣品的過(guò)濾性能 (處理時(shí)間為2 min)

由圖5(a)可以看出，在處理時(shí)間保持在2 min的情況下：當(dāng)熱風(fēng)溫度為130 ℃時(shí)，由于ES纖維受熱不充分，ES纖維熱風(fēng)非織造材料與PAN亞微米纖維膜之間形成的黏結(jié)點(diǎn)極少，1#樣品的過(guò)濾效率與0#樣品基本相同，過(guò)濾阻力有小幅增加；隨著熱風(fēng)溫度的上升，樣品的過(guò)濾效率基本不變，過(guò)濾阻力則顯著提高，這是由于ES纖維熱風(fēng)非織造材料中的纖維受到的熱作用增加，熔融部分增多，ES纖維熱風(fēng)非織造材料層與PAN亞微米纖維膜之間形成的黏結(jié)點(diǎn)及范圍都增大，進(jìn)而阻塞了PAN亞微米纖維膜。因此，樣品的品質(zhì)因子隨熱風(fēng)溫度增加而下降，如圖5(b)所示。

圖(6)所示為熱風(fēng)溫度保持不變時(shí)不同處理時(shí)間所得樣品(1#、5#～8#)的過(guò)濾性能測(cè)試結(jié)果，并與未處理樣(0#)對(duì)照。

(a) 過(guò)濾效率及過(guò)濾阻力

(b) 品質(zhì)因子

圖6 不同處理時(shí)間所得樣品的過(guò)濾性能(熱風(fēng)溫度為130 ℃)

由圖6(a)可知，在熱風(fēng)溫度保持在130 ℃的情況下：隨著處理時(shí)間的延長(zhǎng)，樣品的過(guò)濾效率基本不變，與0#樣品也無(wú)差異；樣品的過(guò)濾阻力的變化明顯，當(dāng)處理時(shí)間從2 min(1#樣品)延長(zhǎng)到6 min(6#樣品)，樣品的過(guò)濾阻力顯著提高，之后增幅趨緩(6#樣品→7#樣品)，并趨于穩(wěn)定(7#樣品→8#樣品)。由于ES纖維受熱后產(chǎn)生的熔融部分的擴(kuò)散距離有限[9]142-145，在該區(qū)域內(nèi)PAN亞微米纖維膜被完全阻塞后，不會(huì)再形成新的黏結(jié)點(diǎn)，因此樣品的過(guò)濾阻力不再增加。同樣地，隨著處理時(shí)間的延長(zhǎng)，樣品的品質(zhì)因子呈現(xiàn)先快速下降再趨于穩(wěn)定的變化趨勢(shì)，如圖6(b)所示。

綜上，在熱風(fēng)溫度為130 ℃和處理時(shí)間為4 min的條件下，亞微米纖維復(fù)合非織造過(guò)濾材料(5#樣品)的力學(xué)性能和過(guò)濾性能都相對(duì)較佳，剝離強(qiáng)力可達(dá)到40.82 cN，縱向斷裂強(qiáng)力為122.27 N，橫向斷裂強(qiáng)力為21.87 N，過(guò)濾效率為99.44%，過(guò)濾阻力為154.74 Pa。

為便于下文做進(jìn)一步的驗(yàn)證分析，表2羅列了樣品各個(gè)指標(biāo)的測(cè)試結(jié)果。

表2 樣品的各個(gè)指標(biāo)的測(cè)試結(jié)果

2.3 多指標(biāo)綜合評(píng)價(jià)

為了對(duì)上述分析得到的較佳工藝參數(shù)進(jìn)行驗(yàn)證，選擇SPSS軟件進(jìn)行多指標(biāo)綜合評(píng)價(jià)分析。針對(duì)上述討論涉及的剝離強(qiáng)力、縱向和橫向斷裂強(qiáng)力、過(guò)濾效率、過(guò)濾阻力及品質(zhì)因子等6個(gè)指標(biāo)，本小節(jié)采用主成分分析法計(jì)算各個(gè)指標(biāo)的權(quán)重。為了提高統(tǒng)計(jì)分析的準(zhǔn)確性，本小節(jié)選用樣品每次測(cè)試的原始數(shù)據(jù)作為樣本，每個(gè)樣品編號(hào)對(duì)應(yīng)5組原始數(shù)據(jù)，即0#～8#共9種樣品形成45組樣本。由于各個(gè)指標(biāo)的度量單位不同，在分析之前，利用極差法對(duì)樣本進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理，其結(jié)果稱(chēng)為“標(biāo)準(zhǔn)化數(shù)據(jù)”，其中過(guò)濾阻力為負(fù)向指標(biāo)，其余均為正向指標(biāo)。然后，對(duì)標(biāo)準(zhǔn)化數(shù)據(jù)進(jìn)行KMO(Kaiser-Meyer-Olkin)檢驗(yàn)及巴特利特(Bartlett)球形檢驗(yàn)，得到KMO檢驗(yàn)值為0.683，巴特利特球形檢驗(yàn)值為468.696，顯著性檢驗(yàn)值為0.000，結(jié)果顯示樣本適合進(jìn)行因子分析[12]。

利用因子分析中的主成分分析法抽取5個(gè)共同因子，依據(jù)特征值大于1.00即選作主要成分的原則，共選取2個(gè)主要成分，總計(jì)可解釋全部方差的93.511%。

得到的成分矩陣如表3所示。

表3 成分矩陣

各個(gè)指標(biāo)的綜合得分模型系數(shù)和權(quán)重分別按式(2)、式(3)計(jì)算[13]，結(jié)果如表4所示。

(2)

(3)

表4 各個(gè)指標(biāo)的綜合得分模型系數(shù)和權(quán)重計(jì)算結(jié)果

由表4可知，表征過(guò)濾性能的指標(biāo)(過(guò)濾效率、過(guò)濾阻力和品質(zhì)因子)的總權(quán)重為0.48。其中，亞微米纖維復(fù)合非織造過(guò)濾材料的過(guò)濾效率會(huì)受到PAN亞微米纖維膜自身均勻性的影響，而且其測(cè)試結(jié)果的變化微小，因此它的權(quán)重僅占0.07。本文認(rèn)為該權(quán)重是合理的。

對(duì)表2中的測(cè)試結(jié)果進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理，得到樣品的各個(gè)指標(biāo)的標(biāo)準(zhǔn)化數(shù)據(jù)(表5)，其值越接近1.00，表明樣品的該指標(biāo)性能越優(yōu)異。

表5 樣品的各個(gè)指標(biāo)的標(biāo)準(zhǔn)化數(shù)據(jù)

根據(jù)表4中各個(gè)指標(biāo)的權(quán)重，對(duì)表5中各個(gè)指標(biāo)的標(biāo)準(zhǔn)化數(shù)據(jù)進(jìn)行加權(quán)計(jì)算，得到樣品的綜合得分(表6)。綜合得分越接近1.00，表示該樣品的綜合性能越好。

由表6可知，5#樣品的綜合得分最高，表明本試驗(yàn)中，當(dāng)熱風(fēng)溫度為130 ℃和處理時(shí)間為4 min時(shí)，亞微米纖維復(fù)合非織造過(guò)濾材料的綜合性能最佳，這也驗(yàn)證了2.2節(jié)的分析結(jié)果。

表6 樣品的綜合得分

2.4 最佳工藝參數(shù)下亞微米纖維復(fù)合非織造過(guò)濾材料的微觀結(jié)構(gòu)

采用TM3000掃描電子顯微鏡觀察5#樣品的微觀結(jié)構(gòu)、芯層及截面，并與0#樣品對(duì)照，如圖7所示。

由圖7(a)可以看出：經(jīng)過(guò)熱風(fēng)穿透式黏合工藝復(fù)合加工后，ES纖維的皮層組分PE受熱熔融而擴(kuò)散流動(dòng)，并在ES纖維之間形成黏結(jié)點(diǎn)，使得ES纖維熱風(fēng)非織造材料的結(jié)構(gòu)更加緊密。

(a) 微觀結(jié)構(gòu)

(b) 芯層

(c) 截面圖7 5#樣品的微觀結(jié)構(gòu)、芯層及截面(0#樣品作為對(duì)照樣)

為了進(jìn)一步觀察ES纖維熱風(fēng)非織造材料層與PAN亞微米纖維膜之間的黏結(jié)點(diǎn)，將0#樣品和5#樣品外層(即上、下層)的ES纖維熱風(fēng)非織造材料剝離，觀察其芯層的微觀結(jié)構(gòu)，如圖7(b)所示，可以看出：PAN亞微米纖維膜的結(jié)構(gòu)完整，未發(fā)生碳化或變形；ES纖維的皮層組分受熱熔融而擴(kuò)散流動(dòng)，滲入PAN亞微米纖維膜中，并在ES纖維附近區(qū)域形成黏結(jié)點(diǎn)，這可以解釋2.1.1節(jié)中樣品的剝離強(qiáng)力顯著提高的現(xiàn)象。

由圖7(c)可以看出：5#樣品較0#樣品的結(jié)構(gòu)緊實(shí)，ES纖維熱風(fēng)非織造材料與PAN亞微米纖維膜未發(fā)生分離，表明樣品的成型效果較好。

3 結(jié)論

以PAN亞微米纖維膜為芯層，ES纖維熱風(fēng)非織造材料為上、下層，通過(guò)熱風(fēng)穿透式黏合工藝制備亞微米纖維復(fù)合非織造過(guò)濾材料，在一定范圍內(nèi)，隨著熱風(fēng)溫度的提高或處理時(shí)間的延長(zhǎng)，過(guò)濾材料的力學(xué)性能得到提高，但同時(shí)其過(guò)濾阻力必定會(huì)受到不良影響。因此，在實(shí)際生產(chǎn)中，需要合理控制工藝參數(shù)。本試驗(yàn)中，當(dāng)熱風(fēng)溫度為130 ℃和處理時(shí)間為4 min時(shí)，亞微米纖維復(fù)合非織造過(guò)濾材料的成型效果、力學(xué)性能和過(guò)濾性能都較佳，其剝離強(qiáng)力達(dá)40.82 cN，縱向斷裂強(qiáng)力為122.27 N，橫向斷裂強(qiáng)力為21.87 N，在氣體流速為32 L/min的條件下，過(guò)濾效率為99.44%，過(guò)濾阻力為154.74 Pa，可用作精細(xì)空氣過(guò)濾材料的濾芯。