鐘浩

摘要：通過靜電紡絲技術(shù)制備PVDF納米纖維膜，通過實(shí)驗(yàn)對(duì)比靜電噴膠工藝明顯優(yōu)于手工涂膠，PVDF納米纖維膜與織物復(fù)合后，其耐靜水壓可達(dá)1.47 kPa，抗?jié)裥詾樗募?jí)，同時(shí)對(duì)復(fù)合織物的機(jī)械性能和透氣性能影響較小，從而具有良好的防水透氣性能。

關(guān)鍵詞：靜電紡;PVDF納米纖維膜;靜電噴涂

1研究背景

隨著近些年科技的發(fā)展和研發(fā)的投入，防水、保暖又具有良好水蒸氣透過性能的功能性材料有了快速發(fā)展，從全天候休閑服到軍用、醫(yī)用、建筑等領(lǐng)域，這些防水透氣性材料的應(yīng)用范圍在不斷擴(kuò)大。而納米材料在防水透氣性材料中的應(yīng)用也越來越廣，使用納米纖維制成的仿真及高性能面料[1，2]，其外觀上具有逼真效果，性能則接近或超過天然纖維。至今世界上公認(rèn)的最先進(jìn)的防水透濕織物仍是層壓復(fù)合織物[3]，如Gore-Tex 織物，該織物最為核心的技術(shù)是其所使用的聚四氟乙烯（PTFE）薄膜[4]，這種薄膜不僅工藝條件要求苛刻，成品價(jià)格高，而且長(zhǎng)期由美國(guó)Gore公司控制著其生產(chǎn)專利，嚴(yán)重阻礙了防水透濕織物的推廣。近年來，為了尋求性能優(yōu)異、價(jià)格相對(duì)低廉的防水透濕膜，許多研究者做了大量的探索，其中通過電紡絲技術(shù)所生產(chǎn)的PVDF納米纖維膜[5-8]在該領(lǐng)域引起了人們的關(guān)注。研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)DMF/Acetone配比為4：6，PVDF質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為12wt%時(shí)所制備的納米纖維膜空隙均勻、防水透氣性能較好[9]。PVDF納米纖維膜的拉伸強(qiáng)度和伸長(zhǎng)率隨膜厚度增加而增大，而透氣率則是減小，其接觸角隨纖維直徑增大而減小。

靜電紡絲又稱電紡技術(shù)，是聚合物流體或熔體在高壓電場(chǎng)作用下從噴嘴進(jìn)行噴射拉伸而獲得固體納米級(jí)纖維的紡絲方法[10]。靜電噴涂是利用高壓靜電電場(chǎng)使帶負(fù)電的涂料微粒沿著電場(chǎng)相反的方向定向運(yùn)動(dòng)，并將涂料微粒吸附在工件表面的一種噴涂方法。由噴槍、噴杯以及靜電噴涂高壓電源等組成。

2試驗(yàn)部分

2.1紡絲液配制

DMF/Acetone配比為4：6，PVDF質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為12 wt%。

2.2納米纖維膜制備

將一定質(zhì)量所制備的PVDF溶液注入注射器內(nèi)，注射器針頭內(nèi)徑為0.5 mm，靜電紡絲可調(diào)電壓為0～50 kv，接收距離為10 cm。打開電源，調(diào)節(jié)滾筒轉(zhuǎn)速后打開電壓，開始收集纖維。

2.3復(fù)合織物制備

將一定質(zhì)量百分?jǐn)?shù)的濕氣固化膠用靜電噴涂的方式噴于滌綸布上，再將聚偏氟乙烯納米纖維噴到布上，制得相關(guān)復(fù)合織物;同時(shí)，采用人工刮膠的方式將膠水刮在滌綸織物上，再將納米聚偏氟乙烯纖維噴到布上形成復(fù)合織物。

3 結(jié)果與討論

3.1濕氣固化膠噴涂工藝選擇

靜電噴涂的膠在滌綸面料表面呈點(diǎn)狀或纖維狀分布，而手工涂膠則是在滌綸基布表面形成一層薄膜狀物質(zhì)，同時(shí)，靜電噴涂方式可有效控制上膠的量，涂膠則難以控制。

普通滌綸布的透氣性為340 mm/s左右，靜電噴膠后滌綸布的透氣性變化不大，為340 mm/s左右，然而，手工涂膠后滌綸布的透氣率下降到140 mm/s左右，還不到涂膠前的一半。本文擬采用靜電噴膠的方式以使得滌綸布具有更好的透氣性能。

膠黏劑的濃度對(duì)滌綸織物透氣性幾乎沒有影響，主要是靜電噴涂時(shí)膠黏劑是以點(diǎn)或纖維的形式噴射在滌綸面料表面，而膠黏劑濃度改變后其膠的形狀和分布變化不大，從而對(duì)透氣性影響減小。

PVDF纖維膜與滌綸布的剝離強(qiáng)力隨膠黏劑濃度的增加而不斷增大，當(dāng)膠黏劑濃度達(dá)到40 wt%時(shí)，由于粘結(jié)力大于PVDF纖維膜本身的強(qiáng)度而使得剝離強(qiáng)力無法測(cè)量。剝離強(qiáng)力與膠黏劑濃度相關(guān)，主要是因?yàn)闈舛戎饾u增大時(shí)，單位質(zhì)量?jī)?nèi)膠黏劑的含量增多，當(dāng)溶劑揮發(fā)后膠黏劑的含量的多少將直接影響纖維膜與滌綸基布之間的粘合作用?？梢钥闯觯o電紡噴膠工藝中，透氣率隨膠黏劑濃度增大變化不大，但剝離強(qiáng)力越大。綜合考慮，選取膠黏劑的濃度為40 %。

3.2PVDF納米膜復(fù)合織物防水性能

紡絲時(shí)間越長(zhǎng)，聚偏氟乙烯納米纖維膜與其相關(guān)復(fù)合織物越厚，其與滌綸復(fù)合織物的防水性能越好，耐靜水壓可達(dá)1.46 kPa，抗?jié)裥赃_(dá)4級(jí)。

3.3 PVDF納米膜復(fù)合織物透氣性能

聚偏氟乙烯膜與其復(fù)合織物越厚，透氣率越小，但兩者之間相差不大，說明復(fù)合對(duì)透氣性能影響不大。但是，厚度對(duì)復(fù)合織物的透氣性能有顯著的影響作用，因此，在保證使用性能的同時(shí)應(yīng)盡可能采用較薄的PVDF纖維膜。

4 結(jié)論

4.1靜電紡納米PVDF纖維的實(shí)驗(yàn)過程中，PVDF的溶解體系中的質(zhì)量分?jǐn)?shù)、DMF/ACE的體積配比、纖維膜的厚度對(duì)納米PVDF纖維膜的防水性能以及透氣性能有著重要的影響。納米PVDF纖維膜的透氣性與纖維膜的厚度成正比關(guān)系;在纖維膜表征較優(yōu)（不出現(xiàn)粘連或者黏連現(xiàn)象）的情況下，納米PVDF纖維膜的防水性能與PVDF的質(zhì)量分?jǐn)?shù)成反比，與DMF/ACE的體積配比成正比。

4.2在靜電紡絲過程中，紡絲溶液質(zhì)量分?jǐn)?shù)、DMF/ACE配比分?jǐn)?shù)﹑紡絲電壓、對(duì)納米聚偏氟乙烯纖維的形態(tài)有重要影響。紡絲距離過短，紡絲液離開噴射嘴后來不及揮發(fā)就噴到接收板上，致使纖維易出現(xiàn)粘連現(xiàn)象;紡絲距離過長(zhǎng)，纖維絲間疊加不緊密，致使其防水性能較差;纖維直徑隨紡絲溶液質(zhì)量分?jǐn)?shù)、DMF/ACE配比分?jǐn)?shù)﹑電壓的增加而增大。這是由于聚合物溶液濃度越高，粘度越大，引起射流及形成具有更大拉伸應(yīng)力的纖維主要有兩個(gè)因素：表面張力和場(chǎng)強(qiáng)度。通常來說，離開噴嘴后液滴分裂能力與表面張力呈負(fù)相關(guān)關(guān)系;場(chǎng)強(qiáng)度（電壓）增大則會(huì)形成更大的靜電斥力，這是由于：高分子電紡液的射流有更大的表面電荷密度。同時(shí)，更高的電場(chǎng)強(qiáng)度使射流獲得更大的加速度。這兩個(gè)因素的存在使得拉伸應(yīng)變速率更高，也就可以獲得纖度更小的纖維。

4.3靜電噴涂的膠在滌綸面料表面呈點(diǎn)狀或纖維狀分布，而手工涂膠則是在滌綸基布表面形成一層薄膜狀物質(zhì)，同時(shí)，靜電噴涂方式可有效控制上膠的量，涂膠則難以控制。普通滌綸布的透氣性為340 mm/s左右，靜電噴膠后滌綸布的透氣性變化不大，為340 mm/s左右，然而，手工涂膠后滌綸布的透氣率下降到140 mm/s左右，還不到涂膠前的一半。因此，靜電噴膠工藝明顯優(yōu)于手工涂膠。噴膠時(shí)，膠黏劑的濃度對(duì)織物透氣性沒什么影響，但其與基布的剝離強(qiáng)度卻隨膠黏劑濃度的增加而增大。

4.4PVDF納米纖維膜與織物復(fù)合后，其耐靜水壓可達(dá)1.47 kPa，抗?jié)裥詾樗募?jí)，同時(shí)對(duì)復(fù)合織物的機(jī)械性能和透氣性能影響較小，從而具有良好的防水透氣性能。

參考文獻(xiàn)：

[1]陳繼紅.納米技術(shù)與服裝新面料[J]，合成纖維，2003， （4）： 41-44.

[2]劉延波，馬營(yíng)，孫健，等.電紡PVDF/PVDF-HFP 復(fù)合納米纖維膜及其防水透濕性能評(píng)價(jià)[J]，天津工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2014， （12）： 6-10.

[3]郝瑞莉，丁志榮，張琰卿，等. 聚四氟乙烯層壓復(fù)合織物的制備與工藝優(yōu)化[J].南通大學(xué)學(xué)報(bào)，2015， 14（1）： 60-64.

[4]馬可騰，張麗葉，張雅姣，等. 拒油型聚四氟乙烯微孔薄膜的制備方法[J].塑料，2009，38 （6）： 56-58.