PAN/PU复合电纺纤维的宏量制备及其防水透湿应用研究

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防水透湿产品越来越受到外出登山爱好者的喜爱,它不仅可以防水,而且可以及时地将人体产生的汗液排出体外,使人体皮肤和服装之间的微环境更舒适。静电纺纳米纤维因其直径小,具有多孔结构使织物的透气性好,适合用于防水透湿织物的开发。聚氨酯(PU)链段上既有亲水性基团也有疏水性基团,因此不仅可以透湿和透汽,同时也具有疏水的功能。聚丙烯腈(PAN)可纺性好,化学性能及力学性能等良好,人们大多将其作为静电纺丝技术的原料。本文首先设计了一款高均匀宏量喷头,采用四根条形喷头组合而成,解决了之前无针式喷头中纺丝液接触面积大,溶剂挥发快的问题,而且每根条形喷头之间距离为10cm,射流之间不会相互影响。然后采用聚丙烯腈和聚氨酯为原料,在设计好的纺丝机上进行纺丝,用以探究PAN和PU的质量比以及浓度对纳米纤维膜防水透湿性能的影响。通过对纳米纤维膜进行透湿量,透气性,接触角等测试,从而确定当质量分数为16wt%,PAN/PU的比例为8:2时,纳米纤维膜具有最优性能,纳米纤维膜静态水接触角达到120.30°,透气率为40.59mm/s,孔隙率为81.87%,透湿量为8530.03g/(m~2·24h),断裂应力为6.82MPa,为产业化生产防水透湿产品提供了参考。其次为进一步提高纳米纤维膜的疏水性能,采用氟硅烷对二氧化钛进行疏水改性,然后加入到质量分数为16wt%,PAN与PU的质量比为8:2的纺丝液中,增大了表面的粗糙度。当改性二氧化钛的浓度为2%时,接触角达到141.50°,透气率为59.75mm/s,透湿率为8029.67g/(m~2·24h),断裂伸长率为64.95%,耐水压为7.91k Pa,UPF值为489,具有良好的防水透湿性能。通过不同浓度的纺丝液来制备出具有梯度结构的防水透湿膜,探究不同孔径对防水透湿膜透气性,耐水压性的影响。采用两种质量分数的纺丝液,分别是16wt%和12wt%的,纺丝时间比为1:1,2:1,1:2,结果表明,当纺丝时间比为2:1时,接触角为138.12°,透气率为20.18mm/s,孔隙率为85.54%,透湿率为9029.48g/(m~2·24h),静水压值为12.37k Pa,断裂应力为8.996MPa,断裂伸长率为43.75%,UPF值为428.29,直径孔径梯度结构的纳米纤维膜耐水压性能有了较大的提升。最后将纺丝时间比为2:1的纳米纤维膜与双组分PP/PE无纺布采用热风复合工艺进行复合,探究热风温度和热风时间对纳米纤维膜防水透湿性能的影响。结果表明,当热风时间为2min,热风温度为139°时,复合织物的剥离强力最大为33.105c N,孔隙率为74.39%,透气率为23.584mm/s,透湿率为7759.717g/(m~2·24h),静水压值达到18.24k Pa,接触角为131.46°。
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