DOI: 10.1016/j.seppur.2022.120726

近年来，空气污染不断恶化，2019冠状病毒自2020年以来也一直处于蔓延状态。电纺纤维过滤器具有优越的过滤性能，但较低的机械性能和产量限制了其应用，这是目前亟待解决的难题之一。在本研究中，通过自由表面静电纺丝可以很容易地实现对空气净化用分层聚丙烯腈（PAN）亚微米纤维膜的大规模生产。由于双组分纤维皮层的熔融与粘合，通过传统的粘合程序将“三明治”结构纤维过滤器与双组分非织造布进行热粘合，其中作为中间层的电纺纤维网具有曲折的通道，对直径为260nm的气溶胶粒子表现出优越的过滤性能，可以有效拦截悬浮在空气中的不同大小的粒子。此外，还深入研究了加工参数对热粘合复合材料特性和过滤机理的影响。结果表明，具有“树突”和“轴突”形态的复合材料具有最佳的成型性、出色的剥离强度和断裂强度以及稳定的过滤性能，通过简单的热风式粘合工艺，其可用于空气净化后处理。采用高产量亚微米纤维和非织造布热粘合而成的增强型复合过滤器具有良好的商业前景，其不仅节能，而且运行成本较低。

图1.（a）蘑菇头形喷丝头自由表面静电纺丝制备分层结构纤维膜的示意图，（b）采用点粘合的热轧粘合工艺，以及（c）复合材料的热风式粘合工艺示意图。

图2.PAN-x亚微米纤维的（a-c）SEM图像和（d-f）纤维直径（（a,d）PAN-10，（b,e）PAN-12和（c,f）PAN-14）。

图3.（a）PAN-10/14/14纤维膜的材料结构示意图，（b）横截面SEM图像，（c）PAN-10/12/14纤维膜内部的孔结构；（d）具有分层结构的PAN分层亚微米纤维膜的孔径分布、（e）平均孔径和（f）过滤性能参数。

图4.芯层亚微米纤维网的SEM图像。（a）原始材料，以及（b-f）通过热轧工艺（（c）点和（d）表面粘合）和（e,f）热风式工艺处理的热粘合材料，及其（b,e）对应的结构图。（h-j）（h）原始、（i）点粘合和（j）热风式粘合复合材料的横截面图像。

图5.（a）当轧制速度为1m/min、轧制压力为3MPa时，在不同温度下由热轧PB和SB工艺制备的材料，（b）在不同辊筒温度和压力下由热轧PB工艺制备的材料，（c,g）在不同加热温度下2min且在130℃下处理不同时间，由热风式工艺制备的材料的（a-c）剥离强度，（d-g）（d（i,ii）,e）纵向和（d（iii,iv）,f）横向断裂强度。（d-f）当轧制速度为1m/min、轧制压力为3MPa时，在不同处理温度（100、110和120℃）下由热轧PB（d（i,iii））和SB（d（ii,iv））工艺制备的材料的纵向（d（i,ii））和横向（d（iii,iv）,f）机械拉伸曲线。

图6.在3MPa压力和1m/min进料速度下，通过热轧（a）PB和（b）SB处理制备的复合材料，（c）在不同辊筒温度和压力下通过热轧PB工艺制备的复合材料，以及（d,e）在不同加热温度下2min且在130℃下处理不同时间，由热风式工艺制备的复合材料的过滤性能。

图7.（a）原始、点粘合和热风式粘合复合材料的弯曲刚度和厚度分布曲线，（b）照片，（c）断裂和剥离强度，以及（d）过滤性能。

图8.（a）原始、（b）点粘合、（c）表面粘合和（d）热风式粘合复合过滤器的过滤机制示意图。