矿用PET基梯度复合纤维膜制备及滤尘-透湿性能研究
周刚
徐卓
姜力玮
陈冠双
马云龙
柳茹林
王勇梅
山东科技大学安全与环境工程学院,山东青岛 266590;山东科技大学矿山灾害预防控制省部共建国家重点实验室培育基地,山东青岛 266590
摘要：井下湿热高尘环境中粉尘颗粒物对作业人员的身心健康造成了巨大危害,其中细颗粒粉尘易吸入后到达呼吸道深部肺泡区,是诱发煤矿行业职业性尘肺病的主要原因.为此,基于静电纺丝技术调控微纳米纤维材料结构,层合纺丝制备一种兼具高效捕尘与强化透湿性能的复合材料,利用超亲水纤维增强高湿条件下对水分子的吸附,利用疏水纤维避免材料中产生毛细水,引入润湿性介于疏水和超亲水之间的多级导流层,构筑多层梯度润湿型聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)基复合纤维滤料,解决现有滤料制备难度大,佩戴亲肤性较差及热舒适性不足的问题.实验以PET为基材,引入羟基化石墨烯增强扩散和静电吸附效应以捕获粉尘,选择聚乙烯吡咯烷酮调节亲水梯度,提高复合纤维滤料的润湿性.微观表征和性能测试结果表明:所制备纤维膜具有微纳米尺度的直径、良好的结构规整性和相对光滑的表面形貌,实现了纤维直径和形态的较好调控,各纳米纤维膜的表面元素和官能团分布与其特性相符.对比实验表明,多层复合膜具有较好的滤尘防护性能,品质因子高达0.439 Pa-1,孔径分布于2.15～4.61 μm,同时接触角测试表明多层复合膜具有从超亲水(0°)到疏水(135.2°)渐变的润湿梯度,水蒸气透过量为5434.503 g/m2·24 h,比单独的亲水膜和疏水膜分别高出1.37倍和2.04倍.此外,通过太赫兹扫描成像分析的方法,开展纤维材料内部液态水的定量分析,阐明了纳米纤维膜对水分子的传输机制.因此,构筑的多层梯度润湿纤维滤料在工矿湿热高尘环境呼吸防护领域具有广阔的应用前景,同时为废弃物的资源化利用提供一种有效的途径.
关键词：聚对苯二甲酸乙二醇酯静电纺丝梯度式复合膜滤尘透湿太赫兹成像
分类号：TD714(矿山安全与劳动保护)
资助基金：国家自然科学基金(52274215)国家自然科学基金(52304236)山东省自然科学基金资助项目(ZR2021QE076)
论文发表日期：2025-02-28
在线出版日期：2025-08-15（本平台首次上网日期，不代表文献的发表时间）
页数：17( 1017-1033 )
英文信息