纳米纤维滤膜高效低阻过滤材料应用案例

一、产品应用背景

受新冠肺炎影响，国内口罩需求量大增，作为口罩核心有效过滤材料熔喷布市场供应缺口巨大。静电纺丝作为纳米级纤维膜制作工艺，将静电纺丝纳米纤维膜用于空气过滤具有很大的优势，一方面纳米级纤维丝拥有更高的空隙率，同时拥有更细小的纳米孔，通过静电纺丝过程，本身将是驻极处理的一个过程，减少生产工艺步骤，缩短生产时间。

二、产品优势

电纺连续纳米纤维是一种新型的纤维材料，一方面，电纺纳米纤维除了能将大颗粒物通过机械筛分作用而截留外，对于颗粒过滤的直接拦截效应和惯性冲击效应更为显著，有利于提高纤维膜的过滤效率；另一方面纳米纤维的比表面积大，表面吸附性好，可增加空气中悬浮微小颗粒扩散至其表面而沉积的概率，将部分进入膜内部的小颗粒通过吸附作用而截留，从而提高了其对微小颗粒的过滤效率；同时，孔隙率高、孔径分布较均匀，纤维之间的相互贯通的多孔结构又保证了纳米纤维膜具有相对低的压降。

三、产品应用

（1）纳米纤维滤膜替代熔喷布

一般的医疗口罩都是由3层组成，内外层均为纺粘无纺布，中间夹着一层熔喷无纺布。外层无纺布可以防飞沫，内层无纺布可以吸湿，而中间一层则是熔喷布，过滤防菌效果可以达到95%以上。

熔喷布生产是将高熔纤维料通过高速高压的热空气流熔化，再从纺丝微孔中喷出，拉成直径 0.3~7µm 的超细纤维，像做棉花糖一样，在气流引导下均匀地铺在收集装置上，利用自身余热黏合成网。这时的熔喷布只有 30% 左右的过滤效率，还要再通过高压电极放电等方式让熔喷布带上一定量的电荷，称为驻极处理，这样再靠静电效应吸附微粒，过滤效率可提升至 80% 以上。

过滤效应主要分为静电效应、拦截效应、碰撞效应、筛网效应、布朗效应。较大的粒子可以被过滤材料拦截滤掉。一部分则在通过过滤材料的网状通道时，粒子撞击纤维，受分子引力作用被吸附。另外还有一部分粒子小尺度低速运动的粒子在做布朗扩散运动时被纤维吸附。除此之外，通过驻极处理的熔喷布纤维，带有静电，极细小颗粒会因静电作用被吸附。

静电纺丝(Electrospinning)是指聚合物流体在几千伏至几万伏的高压静电场作用下，使聚合物液滴克服表面张力而产生喷射细流，细流在喷射过程中拉伸固化落在接受屏上，最终形成非织造、连续的网状纤维毡的技术，是目前能够直接、连续制备聚合物纳米纤维的方法。静电纺丝具有性能稳定、品质优益、可纺物质种类繁多和工艺可控等优点，在物理拦截污染工程材料的开发方面具有广泛的应用前景，是安全、环保、高效的空气过滤材料。

目前团队实验室拥有的大型静电纺丝设备，将纺丝液通过静电纺丝将纳米纤维丝纺织到基底纺粘无纺布，形成纳米纤维过滤膜和基底纺粘无纺布形成高效低阻过滤层。

静电纺丝纳米纤维过滤层上层为纳米纤维，下层为微米级无纺布过滤材料，提高过滤效率，可有效过滤0.1微米以上的颗粒物或细菌病毒。纳米纤维的高孔隙率和多细孔具有高效低阻过滤效果。可符合GB2626-2006《呼吸防护用品自吸过滤式防颗粒物呼吸器》规定的KN95防护标准。