本發(fā)明涉及一種納米纖維-針刺PTFE基布濾材的制備方法，屬于靜電紡絲技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

聚四氟乙烯（PTFE）合成纖維濾材是過(guò)濾材料中較為高端的一種材料之一，能夠在240℃的連續(xù)運(yùn)行溫度，瞬間260℃的溫度條件下，能耐全部PH值范圍內(nèi)的酸堿侵蝕。聚四氟乙烯合成纖維自潤(rùn)性極佳、不吸潮、能承受紫外線輻射。但PTFE纖維濾料的耐磨性一般，過(guò)濾效果仍有待提高。

靜電紡是一種利用高電壓進(jìn)行紡絲的納米纖維制備技術(shù)，同時(shí)也是一種納米纖維駐極技術(shù)，在紡絲的過(guò)程中可將大量空間電荷注入纖維當(dāng)中，空間電荷易被纖維內(nèi)部的深陷阱捕獲，同時(shí)可誘導(dǎo)偶極極化而產(chǎn)生極化電荷，在對(duì)粒子進(jìn)行過(guò)濾的過(guò)程中可通過(guò)靜電吸附作用提升過(guò)濾效率。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的問(wèn)題，本發(fā)明提供了一種納米纖維-針刺PTFE基布濾材的制備方法，具體技術(shù)方案如下：

一種納米纖維-針刺PTFE基布濾材的制備方法，包括以下步驟：步驟一，PTFE基布前處理；步驟二，靜電紡絲；步驟三，超細(xì)納米纖維分散液的配制；步驟四，復(fù)合濾料浸泡處理；

所述步驟一中，

（1）將二氧化鈦納米纖維或納米活性碳纖維加入乙醇中，并超聲分散，得到均勻的分散液A；

（2）將PTFE基布在分散液A中浸泡后取出烘干，獲得表面沉積二氧化鈦納米纖維或納米活性碳纖維的PTFE基布基材A；

所述步驟二中，

（1）將無(wú)機(jī)納米顆粒加入到溶劑中超聲分散，得到均勻的分散液B；

（2）向分散液B中加入聚合物，配制得到均勻的紡絲液B；

（3）將紡絲液B進(jìn)行多針頭靜電紡絲，使用PTFE基布基材A進(jìn)行接收，得到均勻沉積有靜電紡聚合物納米纖維的復(fù)合濾料B；

所述步驟三中，先配制聚乙烯醇縮丁醛溶液，然后將聚乙烯醇縮丁醛溶液與超細(xì)納米纖維加入攪拌機(jī)中進(jìn)行分散，得到均勻的分散液C；

所述步驟四中，將步驟二得到的復(fù)合濾料B浸入步驟三得到的分散液C中，取出后烘干，得到靜電紡織復(fù)合濾料：納米纖維-針刺PTFE基布濾材。

作為上述技術(shù)方案的改進(jìn)，所述步驟一的（1）中，分散液A中的二氧化鈦納米纖維或納米活性碳纖維的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.2％～4％，所述二氧化鈦納米纖維或納米活性碳纖維直徑為30nm～80nm，長(zhǎng)度為300nm～600nm。

作為上述技術(shù)方案的改進(jìn)，所述步驟二的（1）中，無(wú)機(jī)納米顆粒為二氧化硅、二氧化鈦、五氧化二鉭、鈦酸鋇、電氣石、勃姆石或倍半硅氧烷納米顆粒，溶劑為N,N-二甲基甲酰胺。

作為上述技術(shù)方案的改進(jìn)，所述步驟二的（2）中，所述聚合物為聚偏氟乙烯、聚氧化乙烯、聚乙烯吡咯烷酮、聚丙烯腈、聚己內(nèi)酯、聚氨酯、氟化聚氨酯、聚砜、聚醚砜、聚偏氟乙烯-六氟丙烯、聚偏氟乙烯-四氟乙烯-全氟甲基乙烯基醚、聚偏氟乙烯-三氟氯乙烯中的一種或一種以上組成的混合物。

作為上述技術(shù)方案的改進(jìn)，所述步驟二的（3）中，多針頭靜電紡絲的針頭之間絕緣，且各個(gè)針頭的四周都有絕緣材料形成隔絕槽，槽的深度為針頭長(zhǎng)度的2倍～4倍。

作為上述技術(shù)方案的改進(jìn)，所述步驟二的（3）中，多針頭靜電紡絲的工藝條件為：電源電壓20KV～50KV，紡絲環(huán)境條件為溫度25℃～35℃，相對(duì)濕度25％～80％；多針頭噴絲單元針頭間距5cm～30cm，噴絲單元針頭數(shù)量為20個(gè)～90個(gè)。

作為上述技術(shù)方案的改進(jìn)，所述步驟三中，超細(xì)納米纖維為聚偏氟乙烯、聚氧化乙烯、聚乙烯吡咯烷酮、聚丙烯腈、聚己內(nèi)酯、聚氨酯、氟化聚氨酯、聚砜、聚醚砜、聚偏氟乙烯-六氟丙烯、聚偏氟乙烯-四氟乙烯-全氟甲基乙烯基醚、聚偏氟乙烯-三氟氯乙烯中的一種或一種以上組成的混合物。

作為上述技術(shù)方案的改進(jìn)，所述步驟三中，分散液C中超細(xì)納米纖維的含量為0.01wt％～4wt％，超細(xì)納米纖維直徑為10nm～150nm，長(zhǎng)度為100nm～200nm。

作為上述技術(shù)方案的改進(jìn)，所述步驟三中，攪拌機(jī)的轉(zhuǎn)速為6000r/min～8000r/min。

作為上述技術(shù)方案的改進(jìn)，所述步驟一的（2）中，PTFE基布采用PTFE纖維和PPS纖維按照質(zhì)量比20～50：50～80進(jìn)行混合，經(jīng)過(guò)開(kāi)松、梳理、鋪網(wǎng)和針刺工藝，然后進(jìn)行浸泡處理及表面沉積。

上述技術(shù)方案具有以下三方面的技術(shù)效果：

第一，通過(guò)在靜電紡絲得到的納米纖維膜及PTFE基布上沉積高柔軟度、超細(xì)納米纖維，以形成主體纖維上含有“分形二級(jí)結(jié)構(gòu)”的復(fù)合過(guò)濾材料，主體粗纖維對(duì)于粒徑較大的顆粒具有較好的過(guò)濾效果，同時(shí)形成較大孔徑結(jié)構(gòu)有利于氣流的順利通過(guò)，而二級(jí)分形結(jié)構(gòu)對(duì)于超細(xì)顆粒具有優(yōu)異的過(guò)濾性能，同時(shí)其較為柔軟的特性，使得有高速氣流通過(guò)時(shí)不會(huì)對(duì)氣流產(chǎn)生阻擋作用，從而不會(huì)導(dǎo)致阻力壓降的增大，使用本方式得到的過(guò)濾材料具有極高的高過(guò)濾效率；

第二，本發(fā)明通過(guò)將具有駐極效應(yīng)的納米纖維膜附著在PTFE基布之間，阻礙了具有駐極作用的靜電紡纖維與外界環(huán)境直接接觸，得到的靜電紡纖維/PTFE基布復(fù)合濾料具有良好的電荷儲(chǔ)存穩(wěn)定性，從而過(guò)濾效果維持性好，經(jīng)檢測(cè)，該濾材對(duì)對(duì)水泥行業(yè)粉塵粒徑為0.05μm～15μm的顆粒的過(guò)濾效率達(dá)99.999％；

第三，PTFE基布采用PTFE纖維和PPS纖維混合而成，較傳統(tǒng)的玻璃纖維氈柔韌性更好，濾材可紡性、耐磨性均有較大的提高，使用壽命較普通的玻璃纖維氈基布的8個(gè)月作用提升到1年～2年，市場(chǎng)前景廣闊。

具體實(shí)施方式

本發(fā)明提供了一種納米纖維-針刺PTFE基布濾材的制備方法，包括以下步驟，步驟一，PTFE基布前處理：

（1）將二氧化鈦納米纖維或納米活性碳纖維加入乙醇中，并超聲分散，得到均勻的分散液A，分散液A中的二氧化鈦納米纖維或納米活性碳纖維的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.2％～4％，所述二氧化鈦納米纖維或納米活性碳纖維直徑為30nm～80nm，長(zhǎng)度為300nm～600nm；

（2）將PTFE基布在分散液A中浸泡后取出烘干，獲得表面沉積二氧化鈦納米纖維或納米活性碳纖維的PTFE基布基材A；

步驟二，靜電紡絲：

（1）將無(wú)機(jī)納米顆粒加入到溶劑中超聲分散，得到均勻的分散液B，其中無(wú)機(jī)納米顆粒為二氧化硅、二氧化鈦、五氧化二鉭、鈦酸鋇、電氣石、勃姆石或倍半硅氧烷納米顆粒，溶劑為N,N-二甲基甲酰胺；

（2）向分散液B中加入聚合物，進(jìn)行磁力攪拌，配制得到均勻的紡絲液B，其中聚合物為聚偏氟乙烯、聚氧化乙烯、聚乙烯吡咯烷酮、聚丙烯腈、聚己內(nèi)酯、聚氨酯、氟化聚氨酯、聚砜、聚醚砜、聚偏氟乙烯-六氟丙烯、聚偏氟乙烯-四氟乙烯-全氟甲基乙烯基醚、聚偏氟乙烯-三氟氯乙烯中的一種或一種以上組成的混合物；

（3）將紡絲液B進(jìn)行多針頭靜電紡絲，使用PTFE基布基材A進(jìn)行接收，得到均勻沉積有靜電紡聚合物納米纖維的復(fù)合濾料B；其中多針頭靜電紡絲的針頭之間絕緣，且各個(gè)針頭的四周都有絕緣材料形成隔絕槽，槽的深度為針頭長(zhǎng)度的2倍～4倍，該多針頭靜電紡絲的工藝條件為：電源電壓20KV～50KV，紡絲環(huán)境條件為溫度25℃～35℃，相對(duì)濕度25％～80％；多針頭噴絲單元針頭間距5cm～30cm，噴絲單元針頭數(shù)量為20個(gè)～90個(gè)；

步驟三，超細(xì)納米纖維分散液的配制：先配制聚乙烯醇縮丁醛溶液，然后將聚乙烯醇縮丁醛溶液與超細(xì)納米纖維加入攪拌機(jī)中進(jìn)行分散，攪拌機(jī)的轉(zhuǎn)速為6000r/min～8000r/min，得到均勻的分散液C，其中超細(xì)納米纖維為聚偏氟乙烯、聚氧化乙烯、聚乙烯吡咯烷酮、聚丙烯腈、聚己內(nèi)酯、聚氨酯、氟化聚氨酯、聚砜、聚醚砜、聚偏氟乙烯-六氟丙烯、聚偏氟乙烯-四氟乙烯-全氟甲基乙烯基醚、聚偏氟乙烯-三氟氯乙烯中的一種或一種以上組成的混合物，分散液C中超細(xì)納米纖維的含量為0.01wt％～4wt％，超細(xì)納米纖維直徑為10nm～150nm，長(zhǎng)度為100nm～200nm；

步驟四，復(fù)合濾料浸泡處理：將步驟二得到的復(fù)合濾料B浸入步驟三得到的分散液C中，取出后烘干，得到靜電紡織復(fù)合濾料：納米纖維-針刺PTFE基布濾材。

在上述方案中，步驟一的（2）中，PTFE基布采用PTFE纖維和PPS纖維按照質(zhì)量比20～50：50～80進(jìn)行混合，經(jīng)過(guò)開(kāi)松、梳理、鋪網(wǎng)和針刺工藝，然后進(jìn)行浸泡處理及表面沉積。

下面結(jié)合具體實(shí)施例進(jìn)行詳細(xì)描述。

實(shí)施例一

按照以下方法進(jìn)行納米纖維-針刺PTFE基布濾材的制備：

步驟一，PTFE基布前處理：

（1）先將2.6g二氧化鈦納米纖維加入130ml乙醇中超聲分散，得到均勻的分散液A；

（2）將PTFE纖維和PPS纖維按照質(zhì)量比5：8進(jìn)行混合，經(jīng)過(guò)開(kāi)松、梳理、鋪網(wǎng)和針刺工藝，然后在分散液A中浸泡6min，然后取出在72℃烘干，獲得表面沉積二氧化鈦納米纖維的PTFE基布基材A；

步驟二，靜電紡絲：

（1）將無(wú)機(jī)納米顆粒加入到溶劑中超聲分散，超聲分散時(shí)間為30min，得到均勻的分散液B，其中無(wú)機(jī)納米顆粒為二氧化硅，溶劑為N,N-二甲基甲酰胺；

（2）向分散液B中加入聚合物，進(jìn)行磁力攪拌，攪拌時(shí)間2h，配制得到均勻的紡絲液B，其中聚合物為聚偏氟乙烯；

（3）將紡絲液B進(jìn)行多針頭靜電紡絲，使用PTFE基布基材A進(jìn)行接收，得到均勻沉積有靜電紡聚合物納米纖維的復(fù)合濾料B，其中多針頭靜電紡絲的針頭之間絕緣，且各個(gè)針頭的四周都有絕緣材料形成隔絕槽，槽的深度為針頭長(zhǎng)度的3倍，該多針頭靜電紡絲的工藝條件為：電源電壓50KV，紡絲環(huán)境條件為溫度30℃，相對(duì)濕度40％；多針頭噴絲單元針頭間距20cm，噴絲單元針頭數(shù)量為90個(gè)；

步驟三，超細(xì)納米纖維分散液的配制：先配制聚乙烯醇縮丁醛溶液，然后將聚乙烯醇縮丁醛溶液與超細(xì)納米纖維加入攪拌機(jī)中進(jìn)行分散，攪拌機(jī)的轉(zhuǎn)速為6000r/min，得到均勻的分散液C，其中超細(xì)納米纖維為聚己內(nèi)酯；

步驟四，復(fù)合濾料浸泡處理：將步驟二得到的復(fù)合濾料B浸入步驟三得到的分散液C中，浸泡的時(shí)間為30min，取出后在25℃烘干，得到靜電紡織復(fù)合濾料：納米纖維-針刺PTFE基布濾材。

實(shí)施例二

按照以下方法進(jìn)行納米纖維-針刺PTFE基布濾材的制備：

步驟一，PTFE基布前處理：

（1）先將1.1g納米活性碳纖維加入70ml乙醇中超聲分散，得到均勻的分散液A；

（2）將PTFE纖維和PPS纖維按照質(zhì)量比5：16進(jìn)行混合，經(jīng)過(guò)開(kāi)松、梳理、鋪網(wǎng)和針刺工藝，然后在分散液A中浸泡4min，然后取出在80℃烘干，獲得表面沉積納米活性碳纖維的PTFE基布基材A；

步驟二，靜電紡絲：

（1）將無(wú)機(jī)納米顆粒加入到溶劑中超聲分散，超聲分散時(shí)間為40min，得到均勻的分散液B，其中無(wú)機(jī)納米顆粒為二氧化硅，溶劑為N,N-二甲基甲酰胺；

（2）向分散液B中加入聚合物，進(jìn)行磁力攪拌，攪拌時(shí)間2h，配制得到均勻的紡絲液B，其中聚合物為聚偏氟乙烯；

（3）將紡絲液B進(jìn)行多針頭靜電紡絲，使用PTFE基布基材A進(jìn)行接收，得到均勻沉積有靜電紡聚合物納米纖維的復(fù)合濾料B，其中多針頭靜電紡絲的針頭之間絕緣，且各個(gè)針頭的四周都有絕緣材料形成隔絕槽，槽的深度為針頭長(zhǎng)度的3倍，該多針頭靜電紡絲的工藝條件為：電源電壓20KV，紡絲環(huán)境條件為溫度35℃，相對(duì)濕度40％；多針頭噴絲單元針頭間距10cm，噴絲單元針頭數(shù)量為90個(gè)；

步驟三，超細(xì)納米纖維分散液的配制：先配制聚乙烯醇縮丁醛溶液，然后將聚乙烯醇縮丁醛溶液與超細(xì)納米纖維加入攪拌機(jī)中進(jìn)行分散，得到均勻的分散液C，其中超細(xì)納米纖維為聚氧化乙烯；

步驟四，復(fù)合濾料浸泡處理：將步驟二得到的復(fù)合濾料B浸入步驟三得到的分散液C中，浸泡的時(shí)間為5min，取出后在50℃烘干，得到靜電紡織復(fù)合濾料：納米纖維-針刺PTFE基布濾材。

實(shí)施例三

按照以下方法進(jìn)行納米纖維-針刺PTFE基布濾材的制備：

步驟一，PTFE基布前處理：

（1）先將1.9g二氧化鈦納米纖維加入90ml乙醇中超聲分散，得到均勻的分散液A；

（2）將PTFE纖維和PPS纖維按照質(zhì)量比1：1進(jìn)行混合，經(jīng)過(guò)開(kāi)松、梳理、鋪網(wǎng)和針刺工藝，然后在分散液A中浸泡4min，然后取出在80℃烘干，獲得表面沉積二氧化鈦納米纖維的PTFE基布基材A；

步驟二，靜電紡絲：

（1）將無(wú)機(jī)納米顆粒加入到溶劑中超聲分散，超聲分散時(shí)間為40min，得到均勻的分散液B，其中無(wú)機(jī)納米顆粒為二氧化硅，溶劑為N,N-二甲基甲酰胺；

（2）向分散液B中加入聚合物，進(jìn)行磁力攪拌，攪拌時(shí)間3h，配制得到均勻的紡絲液B，其中聚合物為聚偏氟乙烯；

（3）將紡絲液B進(jìn)行多針頭靜電紡絲，使用PTFE基布基材A進(jìn)行接收，得到均勻沉積有靜電紡聚合物納米纖維的復(fù)合濾料B，其中多針頭靜電紡絲的針頭之間絕緣，且各個(gè)針頭的四周都有絕緣材料形成隔絕槽，槽的深度為針頭長(zhǎng)度的3倍，該多針頭靜電紡絲的工藝條件為：電源電壓50KV，紡絲環(huán)境條件為溫度30℃，相對(duì)濕度40％；多針頭噴絲單元針頭間距10cm，噴絲單元針頭數(shù)量為90個(gè)；

步驟三，超細(xì)納米纖維分散液的配制：先配制聚乙烯醇縮丁醛溶液，然后將聚乙烯醇縮丁醛溶液與超細(xì)納米纖維加入攪拌機(jī)中進(jìn)行分散，得到均勻的分散液C，其中超細(xì)納米纖維為聚氧化乙烯；

步驟四，復(fù)合濾料浸泡處理：將步驟二得到的復(fù)合濾料B浸入步驟三得到的分散液C中，浸泡的時(shí)間為5min，取出后在50℃烘干，得到靜電紡織復(fù)合濾料：納米纖維-針刺PTFE基布濾材。

經(jīng)檢測(cè)，該濾材對(duì)對(duì)水泥行業(yè)粉塵粒徑為0.05μm～15μm的顆粒的過(guò)濾效率達(dá)99.999％，過(guò)濾效果優(yōu)異。