[发明专利]一种具有梯度结构的纳米纤维复合车载空气滤纸及其制备方法

说明书

本发明提出了一种具有梯度结构的纳米纤维复合车载空气滤纸其制备方法，用以解决纳米纤维滤材中纳米纤维与基材之间的粘合牢度差、过滤效率低的技术问题。本发明利用静电纺丝和静电喷雾相结合的制备工艺，制得纳米纤维复合车载空气滤纸，包括依次设置的超细纳米纤维网层、纳米纤维层和滤纸层。本发明在工业标准风速条件下其对PM_0.3颗粒物初始过滤效率可达99.9％，达到空气过滤材料H12标准。更重要的是，在自洁反吹测试中，经过10000反吹测试后对PM_0.3过滤效率仍能保持90％以上。这为高性能纳米纤维过滤材料提供了一个新的策略，对非织造材料及过滤材料的高科技、高质量、绿色可持续发展具有重要意义。

技术领域

本发明属于空气净化的技术领域，尤其涉及一种具有梯度结构的纳米纤维复合车载空气滤纸及其制备方法。

背景技术

汽车发动机空气滤芯作为进气系统中重要的组成部分，能够有效滤除空气中悬浮的尘埃或砂粒，以减少气门、气缸、活塞等有关零件的磨损，避免造成严重的“拉缸”、“爆缸”现象，使发动机能够在正常工况下工作，从而提高发动机的总体使用时间。在发动机正常工作时，空气首先经过滤芯过滤后进入到进气歧管中，再依次通过节气门、进气稳压箱最终汇入到发动机的气缸中。在未安装空气滤芯情况下，未经过滤的空气与汽车燃料接触无法正常燃烧，发动机气缸内易产生积碳、严重时会导致车辆行驶过程中出现加速无力的情况，并对尾气排放产生影响。另外，由于发动机空气滤芯的使用，发动机进气阻力势必增大，这不仅影响发动机的动力输出，同时也会影响发动机的经济性能。由此可以看出，空气滤芯能够提高发动机的寿命，保证动力的稳定输出。

在传统的静电纺丝工艺中，其制备的纳米纤维直径在100-300nm，其制备的纳米纤维膜仍具备原有原料的机械性能和化学性能，但是由于纤维直径较粗，孔径大，对空气中各种尺度的颗粒物拦截性能低，限制了高性能纳米纤维在空气过滤材料的应用。

静电喷雾技术不同于传统的静电纺丝加工技术，它主要是借助于高压静电场的作用使聚合物溶液在喷头末端处形成悬垂的锥状液滴，研究人员称为泰勒锥。当液滴表面的电荷斥力超过其表面张力时，悬垂的液滴开始分裂形成众多的小液滴，简称“喷雾”；这些液滴在电场内高速飞行的过程中伴随电场力的拉伸作用、溶剂挥发、固化和自组装成形机制,最终沉积在接地的接收装置上，形成聚合物网状纤维。其直径一般分布在10-30nm之间。静电喷雾所形成的超细纳米纤维网具有孔径小，高孔隙的特点，但也存在强度低特性。

除此之外，如今的研究者大多针对纳米纤维自身的改性，纳米纤维与基材之间的结合牢度研究甚少。而在实际应用和测试中，纳米纤维与基材之间的牢度会严重影响其过滤性能。尤其在自洁反吹测试中(空气过滤材料行业标准测试之一)，较差的粘合牢度，会使得纳米纤维滤材过滤性能大幅下降，无法重复使用，极大的限制纳米纤维的实际应用。

发明内容

针对纳米纤维滤材中纳米纤维与基材之间的粘合牢度差、过滤效率低的技术问题，本发明提出一种具有梯度结构的纳米纤维复合车载空气滤纸及其制备方法，该纳米纤维复合车载空气滤纸不仅过滤性能优良，而且纳米纤维与基材之间的粘合牢靠，在重复清洗后仍能保持良好的尺寸稳定性及机械强度能长时间保持稳定过滤颗粒物。

为了达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

一种具有梯度结构的纳米纤维复合车载空气滤纸的制备方法，包括以下步骤：

(1)将聚合物Ⅰ、胶粘剂和固化剂依次搅拌溶解到溶剂Ⅰ中，制得纳米纤维纺丝液；

(2)将三乙胺盐、聚合物Ⅱ、胶粘剂和固化剂依次搅拌溶解到溶剂Ⅱ中，制得超细纳米纤维纺丝液；

(3)将步骤(1)制得的纳米纤维纺丝液利用静电纺丝技术进行纺丝，接收基底为滤纸，喷覆一层纳米纤维，制得纳米纤维膜滤纸；