本發(fā)明屬于濾芯生產(chǎn)技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種復(fù)合中空納米纖維濾芯的生產(chǎn)方法。

背景技術(shù)：

液體過濾已經(jīng)滲透到了工業(yè)、農(nóng)業(yè)、國防、科研等各方面，從航空工業(yè)的液壓系統(tǒng)過濾、航空煤油過濾到食品飲料工業(yè)的礦泉水、酒類、果汁過濾；從醫(yī)藥衛(wèi)生工業(yè)的藥液、血液過濾到石油工業(yè)的油田注水過濾；從化學(xué)工業(yè)的有機溶劑過濾到電子工業(yè)的高純水預(yù)過濾等。近年中國已建起了許多城市及工業(yè)用水處理廠，過濾介質(zhì)在液體過濾中的使用量顯著增加，但是高品質(zhì)高效率的濾芯往往依靠進口，傳統(tǒng)的過濾介質(zhì)也越來越滿足不了各領(lǐng)域?qū)σ后w過濾的要求。

傳統(tǒng)的過濾材料雖對微米級以上的顆粒具有較高的過濾效率，卻難以實現(xiàn)對亞微米級顆粒的有效過濾，且存在抗污能力弱、使用周期短等特點。靜電紡絲技術(shù)作為一種可以制備直徑在幾納米到幾微米范圍內(nèi)超細(xì)纖維的一種方法，在纖維濾材的制備中已引起了廣泛的關(guān)注。由于靜電紡絲納米纖維的強度差和產(chǎn)業(yè)化困難問題，使得靜電紡絲納米纖維的廣泛應(yīng)用沒有取得較大的進展。目前通過采用無紡布為基材來解決靜電紡納米纖維強度差的問題，但是要突破靜電紡納米纖維的廣泛應(yīng)用，僅靠無紡布基材的應(yīng)用形式過于單一。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)缺陷，提供一種復(fù)合中空納米纖維濾芯的生產(chǎn)方法。

本發(fā)明的技術(shù)方案如下：

一種復(fù)合中空納米纖維濾芯的生產(chǎn)方法，包括如下步驟：

(1)通過熔噴技術(shù)將無毒無味的第一高分子聚合物的粒子，經(jīng)過加熱熔融、噴絲、牽引、接收成形而制成的管狀基材，該管狀基材的長度為10～105cm，內(nèi)徑為15～35mm，外徑為35～150mm，過濾精度為1～50μm，其纖維直徑為5～25μm，上述第一高分子聚合物包括丙綸、聚對苯二甲酸乙二醇酯、尼龍6、尼龍66、聚苯硫醚、聚酰亞胺、芳綸和聚丙烯；

(2)將第二高分子聚合物溶于溶劑中，充分?jǐn)嚢杈鶆?，得?～20wt％的均一的靜電紡絲溶液，上述第二高分子聚合物包括尼龍6、尼龍66、聚丙烯腈和聚氨酯；

(3)將步驟(2)所得的均一的靜電紡絲溶液倒入工業(yè)化高壓靜電紡絲設(shè)備的至少一儲液槽中，將紡絲頭對準(zhǔn)勻速旋轉(zhuǎn)的步驟(1)所得的管狀基材進行靜電紡絲，在管狀基材的表面形成一層厚度為20～250nm的納米纖維層，通過控制紡絲的時間，得到不同過濾性能的所述復(fù)合中空納米纖維濾芯；上述靜電紡絲的工藝參數(shù)為：輸出正電壓為35～85kv，輸出負(fù)電壓為-50～-5kv，接收距離為8～30cm，紡絲溫度為12～35℃，濕度為40～80％，每個管狀基材的紡絲時間為1～30min。

在本發(fā)明的一個優(yōu)選實施方案中，所述步驟(2)為：將尼龍66或尼龍6溶于甲酸和乙酸的混合溶劑中，充分?jǐn)嚢杈鶆颍玫?～20wt％的均一的靜電紡絲溶液。

在本發(fā)明的一個優(yōu)選實施方案中，所述混合溶劑中甲酸和乙酸的質(zhì)量份比為1～10∶1。

在本發(fā)明的一個優(yōu)選實施方案中，所述步驟(2)為：將聚丙烯腈或聚氨酯溶于n，n-二甲基甲酰胺中，充分?jǐn)嚢杈鶆?，得?～20wt％的均一的靜電紡絲溶液。

在本發(fā)明的一個優(yōu)選實施方案中，所述工業(yè)化高壓靜電紡絲設(shè)備具有一負(fù)極棒和設(shè)于至少一儲液槽中的2～8根無針式噴絲頭，所述管狀基材套設(shè)于負(fù)極棒之外并勻速轉(zhuǎn)動，該負(fù)極棒的長度為60～180cm，管徑為15-35mm，該無針式噴絲頭的長度為60～180cm，該負(fù)極棒與一臺負(fù)極高壓直流電源連接，每個無針式噴絲頭與一正極高壓直流電源連接，正極高壓直流電源的電壓為0～100kv，負(fù)極高壓直流電源的電壓為-80kv～0。

進一步優(yōu)選的，所述管狀基材套設(shè)于負(fù)極棒之外并以0.5～5hz的頻率勻速轉(zhuǎn)動。

本發(fā)明的有益效果：

1、本發(fā)明的生產(chǎn)方法通過靜電紡納米纖維與傳統(tǒng)管狀基材的結(jié)合，工業(yè)化批量生產(chǎn)具有超濾、納濾和反滲透功能的復(fù)合中空納米纖維濾芯。

2、本發(fā)明電紡過程中，采用單一材料紡絲和不同材料混合紡絲的方式，增加納米纖維的親水性和纖維之間的粘接力。

3、本發(fā)明中的靜電紡絲形成的納米纖維均勻的粘合在管狀基材表面，形成一層具有一定強度的納米纖維層。隨著紡絲時間的增加，纖維層間的孔隙直徑逐漸減少，平均孔隙直徑由最初的250～350nm逐漸減少至0.1～1nm。因此，控制紡絲的時間，可以得到具有超濾、納濾和反滲透性能的復(fù)合中空納米纖維水過濾濾芯。

4、本發(fā)明生產(chǎn)的復(fù)合中空納米纖維濾芯具有強度高、比表面積大、吸附性好、空隙率高、孔徑均勻的特點，可應(yīng)用于食品飲料飲用水的過濾、工業(yè)污水的過濾、海水淡化的處理等領(lǐng)域。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的方法生產(chǎn)的復(fù)合中空納米纖維濾芯結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本發(fā)明實施例1制備的納米纖維過濾材料的sem圖；

圖3為本發(fā)明實施例2制備的納米纖維過濾材料的sem圖。

具體實施方式

以下通過具體實施方式結(jié)合附圖對本發(fā)明的技術(shù)方案進行進一步的說明和描述。

下述實施例中的工業(yè)化高壓靜電紡絲設(shè)備具有一負(fù)極棒和設(shè)于至少一儲液槽中的2～8根無針式噴絲頭，所述管狀基材套設(shè)于負(fù)極棒之外并勻速轉(zhuǎn)動，該負(fù)極棒的長度為60～180cm，管徑為15-35mm，該無針式噴絲頭的長度為60～180cm，該負(fù)極棒與一臺負(fù)極高壓直流電源連接，每個無針式噴絲頭與一正極高壓直流電源連接，正極高壓直流電源的電壓為0～100kv，負(fù)極高壓直流電源的電壓為-80kv～0。

實施例1：

(1)管狀基材的制備：通過熔噴技術(shù)將無毒無味的聚丙烯粒子，經(jīng)過加熱熔融、噴絲、牽引、接收成形而制成的管狀基材，其纖維平均直徑為10μm，長度為20cm，內(nèi)徑為15mm，外徑為35mm，過濾精度為1μm。制備好的管狀基材預(yù)先均勻地分別套在負(fù)極棒上備用。

(2)配制靜電紡絲溶液：配制的靜電紡絲溶液中，將6g尼龍66溶于94g甲酸和乙酸的混合溶劑中，甲酸和乙酸的質(zhì)量份比為1∶1，攪拌均勻，得到6wt％的尼龍66靜電紡絲溶液備用。

(3)在基材表面復(fù)合納米纖維層：將配制好的尼龍66靜電紡絲溶液倒入工業(yè)化高壓靜電紡絲設(shè)備的2個儲液槽中，將紡絲頭對準(zhǔn)勻速旋轉(zhuǎn)的管狀基材進行靜電紡絲。2根紡絲頭長度均為60cm，設(shè)定的正極高壓直流電源的電壓為65kv；負(fù)極棒的長度為60cm，管徑為15mm，分別卡套3支長度為20cm的管狀基材，負(fù)極棒和管狀基材一起勻速轉(zhuǎn)動，頻率為0.5hz，設(shè)定負(fù)極高壓直流電源的電壓為-10kv。紡絲的接收距離為8cm，紡絲溫度為16℃，濕度為45％，每組管狀基材的紡絲時間為1min。靜電紡絲形成的納米纖維均勻的粘合在管狀基材表面，形成一層具有一定強度的納米纖維層，得到具有超濾性能的復(fù)合中空納米纖維水過濾濾芯。

圖1為本實施例制備的復(fù)合中空納米纖維濾芯的結(jié)構(gòu)示意圖，其中15為管狀基材，16為納米纖維層，圖2為本實施例所制備的納米纖維過濾材料的掃描電鏡圖。

實施例2

(1)管狀基材的制備：通過熔噴技術(shù)將無毒無味的聚丙烯粒子，經(jīng)過加熱熔融、噴絲、牽引、接收成形而制成的管狀基材，其纖維平均直徑為20μm，長度為50cm，內(nèi)徑為28mm，外徑為50mm，過濾精度為5μm。制備好的管狀基材預(yù)先均勻地分別套在負(fù)極棒上備用。

(2)配制靜電紡絲溶液：配制的靜電紡絲溶液中，將8g尼龍66溶于92g甲酸和乙酸的混合溶劑中，甲酸和乙酸的質(zhì)量份比為5∶1，攪拌均勻，得到8wt％的尼龍66靜電紡絲溶液備用；將8g的尼龍6溶于92g甲酸和乙酸的混合溶劑中，甲酸和乙酸的質(zhì)量份比為2∶1，攪拌均勻，得到8wt％的尼龍6靜電紡絲溶液備用。

(3)在基材表面復(fù)合納米纖維層：將配制好的尼龍66靜電紡絲溶液和尼龍6靜電紡絲溶液分別倒入工業(yè)化高壓靜電紡絲設(shè)備的2個儲液槽中，將紡絲頭對準(zhǔn)勻速旋轉(zhuǎn)的管狀基材進行靜電紡絲。2根紡絲頭長度均為100cm，設(shè)定的正極高壓直流電源的電壓分別為75kv和70kv；負(fù)極棒的長度為100cm，管徑為28mm，分別卡套2支長度為50cm的管狀基材，負(fù)極棒和管狀基材一起勻速轉(zhuǎn)動，頻率為2hz，設(shè)定負(fù)極高壓直流電源的電壓為-5kv。紡絲的接收距離為15cm，紡絲溫度為25℃，濕度為60％，每組管狀基材的紡絲時間為15min。靜電紡絲形成的納米纖維均勻的粘合在管狀基材表面，形成一層具有一定強度的納米纖維層，得到具有納濾性能的復(fù)合中空納米纖維水過濾濾芯。

圖1為本實施例制備的復(fù)合中空納米纖維濾芯的結(jié)構(gòu)示意圖，其中15為管狀基材，16為納米纖維層，圖3為本實施例所制備的納米纖維過濾材料的掃描電鏡圖。

實施例3

(1)管狀基材的制備：通過熔噴技術(shù)將無毒無味的聚對苯二甲酸乙二醇酯粒子，經(jīng)過加熱熔融、噴絲、牽引、接收成形而制成的管狀基材，其纖維平均直徑為20μm，長度為60cm，內(nèi)徑為35mm，外徑為150mm，過濾精度為10μm。制備好的管狀基材預(yù)先均勻地分別套在負(fù)極棒上備用。

(2)配制靜電紡絲溶液：配制的靜電紡絲溶液中，將10g的尼龍6溶于90g甲酸和乙酸的混合溶劑中，甲酸和乙酸的質(zhì)量份比為6∶1，攪拌均勻，得到10wt％的尼龍6靜電紡絲溶液；將10g的聚丙烯腈溶于90gn，n-二甲基甲酰胺溶劑中，攪拌均勻，得到10wt％的pan靜電紡絲溶液；將6g的聚氨酯溶于94gn，n-二甲基甲酰胺溶劑中，攪拌均勻，得到6wt％的pu靜電紡絲溶液。

(3)在基材表面復(fù)合納米纖維層：將配制好的尼龍6、pan、pu靜電紡絲溶液分別倒入工業(yè)化高壓靜電紡絲設(shè)備3個儲液槽中，將紡絲頭對準(zhǔn)勻速旋轉(zhuǎn)的管狀基材進行靜電紡絲。3根紡絲頭長度均為180cm，設(shè)定的正極高壓直流電源的電壓分別為65kv、85kv和70kv；負(fù)極棒的長度為180cm，管徑為35mm，分別卡套3支長度為60cm的管狀基材，負(fù)極棒和管狀基材一起勻速轉(zhuǎn)動，頻率為5hz，設(shè)定負(fù)極高壓直流電源的電壓為-15kv。紡絲的接收距離為13cm，紡絲溫度為30℃，濕度為70％，每組管狀基材的紡絲時間為30min。靜電紡絲形成的納米纖維均勻的粘合在管狀管狀基材表面，形成一層具有一定強度的納米纖維層，得到具有反滲透性能的復(fù)合中空納米纖維水過濾濾芯。

實施例4

(1)管狀基材的制備：通過熔噴技術(shù)將無毒無味的聚酰亞胺粒子，經(jīng)過加熱熔融、噴絲、牽引、接收成形而制成的管狀基材，其纖維平均直徑為15μm，長度為25cm，內(nèi)徑為20mm，外徑為55mm，過濾精度為20μm。制備好的管狀基材預(yù)先均勻地分別套在負(fù)極棒上備用。

(2)配制靜電紡絲溶液：配制的靜電紡絲溶液中，將15g的尼龍6溶于85g甲酸和乙酸的混合溶劑中，甲酸和乙酸的質(zhì)量份比為8∶1，攪拌均勻，得到15wt％的尼龍6靜電紡絲溶液；將8g的聚丙烯腈溶于92gn，n-二甲基甲酰胺溶劑中，攪拌均勻，得到8wt％的pan溶液。

(3)在基材表面復(fù)合納米纖維層：將配制好的尼龍6和pan靜電紡絲溶液分別倒入工業(yè)化高壓靜電紡絲設(shè)備2個儲液槽中，將紡絲頭對準(zhǔn)勻速旋轉(zhuǎn)的管狀基材進行靜電紡絲。2根紡絲頭長度均為100cm，設(shè)定的正極高壓直流電源的電壓分別為80kv和55kv；負(fù)極棒的長度為100cm，管徑為20mm，分別卡套4支長度為25cm的管狀基材，負(fù)極棒和管狀基材一起勻速轉(zhuǎn)動，頻率為4hz，設(shè)定負(fù)極高壓直流電源的電壓為-20kv。紡絲的接收距離為15cm，紡絲溫度為33℃，濕度為65％，每組管狀基材的紡絲時間為3min。靜電紡絲形成的納米纖維均勻的粘合在管狀基材表面，形成一層具有一定強度的納米纖維層，得到具有超濾性能的復(fù)合中空納米纖維水過濾濾芯。

實施例5

(1)管狀基材的制備：通過熔噴技術(shù)將無毒無味的尼龍6粒子，經(jīng)過加熱熔融、噴絲、牽引、接收成形而制成的管狀基材，其纖維平均直徑為25μm，長度為76.2cm，內(nèi)徑為35mm，外徑為80mm，過濾精度為100μm。制備好的管狀基材預(yù)先均勻地分別套在負(fù)極棒上備用。

(2)配制靜電紡絲溶液：配制的靜電紡絲溶液中，將11g的聚丙烯腈溶于89gn，n-二甲基甲酰胺溶劑中，攪拌均勻，得到11wt％的pan靜電紡絲溶液；將8g的聚氨酯溶于92gn，n-二甲基甲酰胺溶劑中，攪拌均勻，得到8wt％的pu靜電紡絲溶液。

(3)在基材表面復(fù)合納米纖維層：將配制好的pan和pu靜電紡絲溶液分別倒入工業(yè)化高壓靜電紡絲設(shè)備2個儲液槽中，將紡絲頭對準(zhǔn)勻速旋轉(zhuǎn)的管狀基材進行靜電紡絲。2根紡絲頭長度均為180cm，設(shè)定的正極高壓直流電源的電壓分別為65kv和60kv；負(fù)極棒的長度為180cm，管徑為35mm，分別卡套2支長度為76.2cm的管狀基材，負(fù)極棒和管狀基材一起勻速轉(zhuǎn)動，頻率為2hz，設(shè)定負(fù)極高壓直流電源的電壓為-25kv。紡絲的接收距離為10cm，紡絲溫度為20℃，濕度為50％，每組管狀基材的紡絲時間為18min。靜電紡絲形成的納米纖維均勻的粘合在管狀基材表面，形成一層具有一定強度的納米纖維層，得到具有納濾性能的復(fù)合中空納米纖維水過濾濾芯。

實施例6

(1)管狀基材的制備：通過熔噴技術(shù)將無毒無味的尼龍6粒子，經(jīng)過加熱熔融、噴絲、牽引、接收成形而制成的管狀基材，其纖維平均直徑為14μm，長度為100cm，內(nèi)徑為28mm，外徑為77mm，過濾精度為30μm。制備好的管狀基材預(yù)先均勻地分別套在負(fù)極棒上備用。

(2)配制靜電紡絲溶液：配制的靜電紡絲溶液中，將20g的尼龍66溶于180g甲酸和乙酸的混合溶劑中，甲酸和乙酸的質(zhì)量份比為3∶1，攪拌均勻，得到10wt％的尼龍66靜電紡絲溶液。

(3)在基材表面復(fù)合納米纖維層：將配制好的尼龍66靜電紡絲溶液分別倒入工業(yè)化高壓靜電紡絲設(shè)備2個儲液槽中，將紡絲頭對準(zhǔn)勻速旋轉(zhuǎn)的管狀基材進行靜電紡絲。2根紡絲頭長度均為100cm，設(shè)定的正極高壓直流電源的電壓分別為70kv；負(fù)極棒的長度為100cm，管徑為28mm，分別卡套1支長度為60cm的管狀基材，負(fù)極棒和管狀基材一起勻速轉(zhuǎn)動，頻率為2.5hz，設(shè)定負(fù)極高壓直流電源的電壓為-10kv。紡絲的接收距離為12cm，紡絲溫度為28℃，濕度為61％，每組管狀基材的紡絲時間為25min。靜電紡絲形成的納米纖維均勻的粘合在管狀基材表面，形成一層具有一定強度的納米纖維層，得到具有反滲透性能的復(fù)合中空納米纖維水過濾濾芯。

以上所述，僅為本發(fā)明的較佳實施例而已，故不能依此限定本發(fā)明實施的范圍，即依本發(fā)明專利范圍及說明書內(nèi)容所作的等效變化與修飾，皆應(yīng)仍屬本發(fā)明涵蓋的范圍內(nèi)。