静电纺PAN_TiO2微纳米纤维非织造布的制备与性能研究

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1、东华代码：10255学号：2150104东华大学硕士学位论文MasterDissertationofDonghuaUniversity静电纺PAN/TiO2微纳米纤维非织造布的制备与性能研究StudyonPreparationandPropertyofPAN/TiO2Micro-nanofiberNonwovenviaElectrospinning学科专业：纺织材料与纺织品设计作者姓名：杨雨琼指导老师：覃小红答辩日期：2018年01月05日4东华大学硕士学位论文答辩委员会成员名单姓名职称职务工作单位备

2、注王府梅教授答辩委员会主席东华大学吴雄英教授答辩委员会委员上海出入境检验检疫局徐广标教授答辩委员会委员东华大学王妮教授答辩委员会委员东华大学高晶副教授答辩委员会委员东华大学郭珊珊助理研究员答辩委员会秘书东华大学东华大学硕士学位论文摘要静电纺PAN/TiO2微纳米纤维非织造布的制备与性能研究摘要随着工业化的发展，空气环境问题逐步进入大众视野，因雾霾、PM2.5等恶劣天气所引起的呼吸道感染、抵抗力下降等问题也屡见不鲜。所谓PM2.5，主要针对颗粒直径大小在2.5μm以下的物质。采用静电纺丝方法制备的微纳米

3、纤维，直径处于亚微米和纳米之间，这种特殊的结构使它具有高比表面积和高孔隙率的优点，可实现物理拦截雾霾粉尘。因此本文采用两步法制备静电纺PAN/TiO2微纳米纤维非织造布，并考察与探究其一系列性能。首先，从提升纤维扩散效应与拦截效应入手，探究一种提升纤维比表面积的方法，制备多级结构PAN/TiO2微纳米纤维非织造布，并对其微观结构进行表征。通过试验得到：10wt%PAN非织造布纤维直径细且直径分布均匀，可将10wt%PAN作为纺丝前驱体。掺杂共混TiO2纳米粒子后，随TiO2质量分数增大，纺丝液的黏度呈

4、现逐渐下降的趋势，由此导致纤维直径逐渐减小；且微纳米纤维非织造布的表面出现凹凸不平的状态，当TiO2的用量由0wt%上升至1.5wt%时，纤维的粗糙度由0.77μm增大至2.81μm。但随着TiO2用量再度增多，团聚现象使粗糙度不再增长，保持在2.62μm。其次，针对多级结构PAN/TiO2微纳米纤维非织造布进行性能研I东华大学硕士学位论文摘要究，通过试验发现：TiO2的用量达到1.5wt%时，由PAN/TiO2溶液纺制的多级结构微纳米纤维非织造布的比表面积是不引入TiO2纳米2-1粒子非织造布的三倍

5、多，达到19.0054m·g，非织造布的影响因子达-1到最高，为0.02651Pa，此时多级结构PAN/TiO2微纳米纤维非织造布的过滤效果最佳，但同时其强力性能也有所减弱。此外，微纳米纤维非织造布表现出对大肠杆菌最高抑菌率达98.99%，对金黄色葡萄球菌最高抑菌率达93.60%。为进一步解决多级结构PAN/TiO2微纳米纤维非织造布强力性能变弱这一问题，本文提出构造一种粗细纤维搭配的梯度结构，首先通过Comsol软件和CFD方法构建均匀结构纤维非织造布与梯度结构纤维非织造布的两种模型，并模拟纯气流通

6、过两种模型的空气阻力变化值，发现梯度结构纤维非织造布的过滤阻力较均匀结构纤维非织造布有所下降，这也为后续梯度结构PAN/TiO2过滤材料的试验制备提供了一定理论依据和支撑。最后，根据模拟结果，试验制备梯度结构PAN/TiO2微纳米纤维非织造布。以多级结构微纳米纤维非织造布对应的TiO2含量（即1.5wt%）为基础，先纺制一层10wt%PAN-DMF-1.5wt%TiO2的纳米级别纤维（简称为10%PAN/TiO2），再涂覆一层14wt%PAN-DMF-1.5wt%TiO2的亚微米级别纤维（简称为14%

7、PAN/TiO2），调整两种纺丝液的不同质量配比，测试梯度结构纤维非织造布的一系列性能，寻求最佳的制备配比。主要测试指标为：孔径和孔径分布、力学性能、过滤效果以及容尘量。试验表明：随着14%PAN/TiO2配比的不断增长，II东华大学硕士学位论文摘要由其纺制的粗纤维占比逐渐变大，当10%PAN/TiO2与14%PAN/TiO2质量配比为1:2时，梯度结构微纳米纤维非织造布的过滤阻力降低为-1110Pa，过滤效率为95.68%，影响因子达到最高值0.02856Pa，且梯度结构微纳米纤维非织造布的力学性能

8、和容尘量明显改善。关键词：静电纺；二氧化钛；多级结构；梯度结构；过滤性能III东华大学硕士学位论文ABSTRACTSTUDYONPREPARATIONANDPROPERTYOFPAN/TiO2MICRO-NANOFIBERNONWOVENVIAELECTROSPINNINGABSTRACTWiththedevelopmentofindustrialization,theproblemofairpollutioninChinawasbecomingmore