马传顺

厦门保视丽无尘科技有限公司,福建 厦门 361000

从静电纺丝技术所得到的纤维产物来看，所有纤维的直径规格有一定的标准，通常是在几十纳米至几微米的区间内，整体来看纤维产物比表面积高，同时在实际的使用中吸附性能较强，其产品在诸多行业中发挥着重要作用，例如增强材料使用、空气高效过滤等行业。

竹纤维的概念是一种在生长竹子内部所制备的纤维产物，在行业中占据的比例也逐步提升，同时也被行业认定是棉、麻等之后的第五大纤维物质，尤其是该纤维物质具备较多的性能优势，产物吸水性能强、高耐磨性、使用透气性好、具备较强的抵御紫外线能力等，因此在服饰设计行业、装修领域等发挥着重要作用。从现阶段的纤维产业发展来看，对于竹纤维的装备与生产技术并非是单一的，其中包含物理机械碾压成型技术以及黏胶方法，但是对于静电纺丝的制备工艺没有较多的研究与探讨，该制备方法也是处于初始发展时期。本次课题是借助于LiCl/DMAc化学溶解试剂，有效处理竹纤维素和聚丙烯腈(PAN)，直至完全溶解。将所得到的反应产物按照一定的配比制备成为纺丝液，经过静电纺丝工艺手段得到竹纤维素/PAN超细纤维，其直径尺寸维持在130~450nm的区间范围内，并将产物直径数值和影响因素深入分析，不仅如此，还针对夹心净化材料进行了必要的过滤测定实验。

1 实验部分

1.1 试剂与仪器

竹浆粑：来源于中国林科院；所使用DMAc：分析纯，来源于福晨化工企业；氯化锂试剂（Li-Cl）：含量选定为97%，来源于福晨化工企业；聚丙烯腈(PAN):相对分子质量是30000，来源于金山化工企业；玻璃纤维：来源于九鼎公司；PS微球:规格使用1μm，来源于纳微技术企业；静电纺丝设备：实验室内部制作；旋转黏度设备：使用Visco Basic+系列，厂商为瑞特恩企业；张力测定机器：型号为BZY-1，厂商为上海衡平设备公司。

1.2 静电纺丝技术制备产物研究

将竹浆粑作为处理对象，使用甲醇试剂/DMAc方式完成其活化进程，制备浓度含量是8%的LiCl/DMAc化学溶解试剂与竹浆粑反应，均匀混合后添加适当的PAN，最终得到不同质量分数等级的纺丝液，本次实验将质量分数设定为0.2%、0.4%、0.6%、0.8%和1.0%，所有制备完成的产物中PAN质量分数是固定的，设定为16%[3]。借助于张力测定以及黏度测定设备完成产物的检测流程。使用静电纺丝设备在常温条件下进行加工，所有的纤维膜放在干燥装置中处理，时长设定在12小时。将最终的产物放置在SEM下观测，并借助于Image-Pro Express程序对所有纤维产物直径数据进行有效处理。

1.3 夹心净化材料的制作和分析

在实验用滤布上完成超细纤维的纺丝流程，该过程是借助于静电方式制作；之后对滤布作温处理，将辊筒的温度设定为175℃，设备间隔距离稳定在0.3mm，夹心净化材料在全部加温压制后得到[4]。采用PS微球作为中间过滤载体，使用SF＝1-C2/C1计算材料过滤性能，其中将C1和C2定义为处理前后的浊度数值，将数值结果作为评定过滤能力的标准[1]。

2 结果与探讨

2.1 纺丝参数与纤维形貌的关联性

纤维最终表现形式和较多的外部影响要素与制备过程条件有密切关联性，现从如下几个层面进行深入分析探讨。

2.1.1 竹纤维素浓度

从实际实验数据中，浓度数值的大小对纺丝液的诸多性质有影响，其中包含黏度表现、导电性能等，最终会使其产物直径发生较大波动。通常情况下，浓度含量与黏度、产物直径数值呈现出正比关系。导电性能会对分布电荷有直接作用，进而影响张力大小[2]。

就本次分析来看，以浓度作为主体影响要素。由表1的数据得出，稳定PAN的质量分数，浓度与液体表面张力呈正比，但是浓度上升对于导电性能的作用可以忽略。实验所得到的图1是浓度稳定在0.8%得到的纤维产物观测图以及分布数据。

2.1.2 纺丝电压的影响

该影响因素在加工流程中占据较大作用比例，与产物直径数值有密切联系。本次分析是将纤维质量分数选定为0.8%，制备接收间隔在14cm的距离范围。从图2可看出电压与产物直径数值的变化关系数据图像。考虑到设备自身负荷影响，16kV为纺丝电压的最优解。

表1 不同质量分数的竹纤维素电纺工艺对比

图1 纤维质量分数为0.8%的竹纤维素/PAN超细纤维扫描电镜图像及直径分布

图2 超细纤维平均直径与电压之间的关系

2.1.3 接收间隔的影响

此要素在纤维制备中同样需要着重考虑。通常情况下，距离数值的提升，最终会导致纤维制备环节有较多的分裂表现，同时拉伸比例也在逐步提升，得到的纤维直径显著降低，但是该过程中纺丝液会残留在喷头位置处不能充分反应，使得针头发生堵塞的概率增长。

分析实验中稳定纤维质量分数选定为0.8%，并将电压选定为最佳16kV，得到图3的距离与直径数值的数据关系图像。从图中得出，在6~22cm的区间范围内，直径呈现出降低趋势，但是由于两者距离上升时会出现针头堵塞的现象，本次制备中选取14cm作为间隔。

图3 超细光纤平均直径与接收间隔的关系

2.2 过滤性能分析

使用静电纺丝设备在常温条件下进行加工，所有的纤维膜放在干燥装置中处理，时长设定在12小时。将最终的产物放置在SEM下观测，图4是在侧面采集到的SEM图像。

图4 经过加工和干燥处理的产物SEM图像

本次实验选定1微米规格的PS微球作为中间过滤载体。图5是在纤维材料差异性分布条件下得到的过滤性能图。可得出其最大可稳定99.5%的过滤效果。

图5 过滤效率和区域密度之间的关系

3 结语

本次实验借助于氯化锂/N,N-二甲基乙酰胺（LiCl/DMAc）化学试剂有效处理竹纤维素和聚丙烯腈（PAN），直至完全溶解。将所得到的反应产物按照一定的配比制备成为纺丝液，之后经过静电纺丝工艺手段得到竹纤维素/PAN超细纤维，其直径尺寸维持在130~450nm的区间范围内。将产物直径数值和影响因素深入探讨可以得出，纤维直径数值与制备环节所使用竹纤维含量之间呈现出显著的正比关联，与纺丝间隔尺寸呈现反比。由实际实验测定数据可得，纺丝制备系数最优解是质量分数在0.8%节点，处理电压在16kV，在14cm的间隔位置。使用该制备材料并通过综合过滤实验得知，过滤水平和纤维膜密度以及初始试剂含量有正相关联系，从数据得出过滤极值可稳定在99.5%。