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(guò)濾已經(jīng)滲透到了工業(yè)、農(nóng)業(yè)、國(guó)防、科研等各方面，從航空工業(yè)的液壓系統(tǒng)過(guò)濾、航空煤油過(guò)濾到食品飲料工業(yè)的礦泉水、酒類、果汁過(guò)濾；從醫(yī)藥衛(wèi)生工業(yè)的藥液、血液過(guò)濾到石油工業(yè)的油田注水過(guò)濾；從化學(xué)工業(yè)的有機(jī)溶劑過(guò)濾到電子工業(yè)的高純水預(yù)過(guò)濾等。近年中國(guó)已建起了許多城市及工業(yè)用水處理廠，過(guò)濾介質(zhì)在液體過(guò)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(jìn)口，傳統(tǒng)的過(guò)濾介質(zhì)也越來(lái)越滿足不了各領(lǐng)域?qū)σ后w過(guò)濾的要求。

傳統(tǒng)的過(guò)濾材料雖對(duì)微米級(jí)以上的顆粒具有較高的過(guò)濾效率，卻難以實(shí)現(xiàn)對(duì)亞微米級(jí)顆粒的有效過(guò)濾，且存在抗污能力弱、使用周期短等特點(diǎn)。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(qiáng)度差和產(chǎn)業(yè)化困難問(wèn)題，使得靜電紡絲納米纖維的廣泛應(yīng)用沒(méi)有取得較大的進(jìn)展。目前通過(guò)采用無(wú)紡布為基材來(lái)解決靜電紡納米纖維強(qiáng)度差的問(wèn)題，但是要突破靜電紡納米纖維的廣泛應(yīng)用，僅靠無(wú)紡布基材的應(yīng)用形式過(guò)于單一。

技術(shù)實(shí)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(guò)熔噴技術(shù)將無(wú)毒無(wú)味的第一高分子聚合物的粒子，經(jīng)過(guò)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(zhǎng)度為10～105cm，內(nèi)徑為15～35mm，外徑為35～150mm，過(guò)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(duì)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)嚢杈鶆颍玫?～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(chǔ)液槽中，將紡絲頭對(duì)準(zhǔn)勻速旋轉(zhuǎn)的步驟(1)所得的管狀基材進(jìn)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(guò)控制紡絲的時(shí)間，得到不同過(guò)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(gè)管狀基材的紡絲時(shí)間為1～30min。

在本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選實(shí)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?，得?～20wt％的均一的靜電紡絲溶液。

在本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選實(shí)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(gè)優(yōu)選實(shí)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)嚢杈鶆颍玫?～20wt％的均一的靜電紡絲溶液。

在本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選實(shí)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(chǔ)液槽中的2～8根無(wú)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(dòng)，該負(fù)極棒的長(zhǎng)度為60～180cm，管徑為15-35mm，該無(wú)針式噴絲頭的長(zhǎng)度為60～180cm，該負(fù)極棒與一臺(tái)負(fù)極高壓直流電源連接，每個(gè)無(wú)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(jìn)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(dòng)。

本發(fā)明的有益效果：

1、本發(fā)明的生產(chǎn)方法通過(guò)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(guò)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(qiáng)度的納米纖維層。隨著紡絲時(shí)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(shí)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(guò)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(qiáng)度高、比表面積大、吸附性好、空隙率高、孔徑均勻的特點(diǎn)，可應(yīng)用于食品飲料飲用水的過(guò)濾、工業(yè)污水的過(guò)濾、海水淡化的處理等領(lǐng)域。

附圖說(shuō)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(shí)施例1制備的納米纖維過(guò)濾材料的sem圖；

圖3為本發(fā)明實(shí)施例2制備的納米纖維過(guò)濾材料的sem圖。

具體實(shí)施方式

以下通過(guò)具體實(shí)施方式結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行進(jìn)一步的說(shuō)明和描述。

下述實(shí)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(chǔ)液槽中的2～8根無(wú)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(dòng)，該負(fù)極棒的長(zhǎng)度為60～180cm，管徑為15-35mm，該無(wú)針式噴絲頭的長(zhǎng)度為60～180cm，該負(fù)極棒與一臺(tái)負(fù)極高壓直流電源連接，每個(gè)無(wú)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(shí)施例1：

(1)管狀基材的制備：通過(guò)熔噴技術(shù)將無(wú)毒無(wú)味的聚丙烯粒子，經(jīng)過(guò)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(zhǎng)度為20cm，內(nèi)徑為15mm，外徑為35mm，過(guò)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(gè)儲(chǔ)液槽中，將紡絲頭對(duì)準(zhǔn)勻速旋轉(zhuǎn)的管狀基材進(jìn)行靜電紡絲。2根紡絲頭長(zhǎng)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(zhǎng)度為60cm，管徑為15mm，分別卡套3支長(zhǎng)度為20cm的管狀基材，負(fù)極棒和管狀基材一起勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，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(shí)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(qiáng)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(guò)濾濾芯。

圖1為本實(shí)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(shí)施例所制備的納米纖維過(guò)濾材料的掃描電鏡圖。

實(shí)施例2

(1)管狀基材的制備：通過(guò)熔噴技術(shù)將無(wú)毒無(wú)味的聚丙烯粒子，經(jīng)過(guò)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(zhǎng)度為50cm，內(nèi)徑為28mm，外徑為50mm，過(guò)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(gè)儲(chǔ)液槽中，將紡絲頭對(duì)準(zhǔn)勻速旋轉(zhuǎn)的管狀基材進(jìn)行靜電紡絲。2根紡絲頭長(zhǎng)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(zhǎng)度為100cm，管徑為28mm，分別卡套2支長(zhǎng)度為50cm的管狀基材，負(fù)極棒和管狀基材一起勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，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(shí)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(qiáng)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(guò)濾濾芯。

圖1為本實(shí)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(shí)施例所制備的納米纖維過(guò)濾材料的掃描電鏡圖。

實(shí)施例3

(1)管狀基材的制備：通過(guò)熔噴技術(shù)將無(wú)毒無(wú)味的聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯粒子，經(jīng)過(guò)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(zhǎng)度為60cm，內(nèi)徑為35mm，外徑為150mm，過(guò)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(gè)儲(chǔ)液槽中，將紡絲頭對(duì)準(zhǔn)勻速旋轉(zhuǎn)的管狀基材進(jìn)行靜電紡絲。3根紡絲頭長(zhǎng)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(zhǎng)度為180cm，管徑為35mm，分別卡套3支長(zhǎng)度為60cm的管狀基材，負(fù)極棒和管狀基材一起勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，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(shí)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(qiáng)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(guò)濾濾芯。

實(shí)施例4

(1)管狀基材的制備：通過(guò)熔噴技術(shù)將無(wú)毒無(wú)味的聚酰亞胺粒子，經(jīng)過(guò)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(zhǎng)度為25cm，內(nèi)徑為20mm，外徑為55mm，過(guò)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(gè)儲(chǔ)液槽中，將紡絲頭對(duì)準(zhǔn)勻速旋轉(zhuǎn)的管狀基材進(jìn)行靜電紡絲。2根紡絲頭長(zhǎng)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(zhǎng)度為100cm，管徑為20mm，分別卡套4支長(zhǎng)度為25cm的管狀基材，負(fù)極棒和管狀基材一起勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，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(shí)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(qiáng)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(guò)濾濾芯。

實(shí)施例5

(1)管狀基材的制備：通過(guò)熔噴技術(shù)將無(wú)毒無(wú)味的尼龍6粒子，經(jīng)過(guò)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(zhǎng)度為76.2cm，內(nèi)徑為35mm，外徑為80mm，過(guò)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(gè)儲(chǔ)液槽中，將紡絲頭對(duì)準(zhǔn)勻速旋轉(zhuǎn)的管狀基材進(jìn)行靜電紡絲。2根紡絲頭長(zhǎng)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(zhǎng)度為180cm，管徑為35mm，分別卡套2支長(zhǎng)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(dòng)，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(shí)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(qiáng)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(guò)濾濾芯。

實(shí)施例6

(1)管狀基材的制備：通過(guò)熔噴技術(shù)將無(wú)毒無(wú)味的尼龍6粒子，經(jīng)過(guò)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(zhǎng)度為100cm，內(nèi)徑為28mm，外徑為77mm，過(guò)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(gè)儲(chǔ)液槽中，將紡絲頭對(duì)準(zhǔn)勻速旋轉(zhuǎn)的管狀基材進(jìn)行靜電紡絲。2根紡絲頭長(zhǎng)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(zhǎng)度為100cm，管徑為28mm，分別卡套1支長(zhǎng)度為60cm的管狀基材，負(fù)極棒和管狀基材一起勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，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(shí)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(qiáng)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(guò)濾濾芯。

以上所述，僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，故不能依此限定本發(fā)明實(shí)施的范圍，即依本發(fā)明專利范圍及說(shuō)明書(shū)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)。