DOI: 10.1016/j.jaerosci.2021.105754

本文提出了一种通过熔融和溶液静电纺丝制备分层微纳米纤维，从而解决过滤效率与压降之间平衡问题的新方法。在结合熔融和溶液静电纺丝的基础上，采用纤维印刷装置制备出聚酰胺纤维垫。通过优化工艺参数，研究者开发出具有良好过滤性能的纤维垫。由于压降值较低（15.92-50.17Pa），因此过滤品质因数较高（例如PN1馏分为0.068-0.085Pa-1），过滤效率在93.7（PN1）-98.5％（PN10）之间。纤维基质中纳米亚微米级（＜1μm）与超微米级（≥1μm）纤维的比率较高，这与其较高的过滤品质因数有关。

图1.纤维印刷熔体静电纺丝和溶液静电纺丝设备的组合示意图：1-高压电源；2-灯丝线圈；3-控制器；4-喂丝机；5、6-机械运动传送器；7、8-带喷嘴的加热元件；9-旋转滚筒收集器；10-活动臂；11、12、13-注射泵、固定支架和注射器；14-透明外壳。

图2.纤维数量示意图。

图3.用于过滤效率和压降测量的实验装置（S1-小NaCl颗粒；S2-大KCl颗粒）。

图4.纤维结构的SEM图像（放大1000倍）：（A）-熔体（M）静电纺丝，（B）-在熔体静电纺丝过程中间进行常规熔体-溶液纺丝（M_MS_M），（C）-同时熔融-溶液静电纺丝（MS），（D）-溶液静电纺丝（S）。

图5.纤维垫的横截面（不带支撑层）：（I）进料速度-0.6g/h，针尖到收集器的距离-50mm；（II）进料速度-1.8g/h，针尖到收集器的距离-50mm；（III）进料速度-0.6g/h，针尖到收集器的距离-70mm。

图6.纤维垫的颗粒过滤效率（样品代码请参见表1；实线表示合适的熔融/电纺丝样品，虚线表示溶液电纺丝样品）。

图7.在最大穿透粒径（0.3μm）下，不同电纺垫过滤效率的比较。样品代码请参见表1。

图8.测试垫孔隙率和压降之间的关系。

图9.复合垫的过滤效率（ePN1）和压降（a）之间的关系，以及品质因数与数值纤维比（亚微米与超微米以nm:µm为单位）之间的关系。