单向导湿用微/纳米纤维复合膜结构设计及性能研究

来源 :天津工业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:geng20516136
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单向导湿纺织品是一种具有定向传输功能的舒适性织物。尽管现有研究在提升累积单向传递指数方面已取得了较好成绩,但织物依然存在透气透湿性差、耐磨性不佳等不足;此外,研究仅集中在润湿特性对液体定向传输的分析及优化,而对多孔材料孔道结构与单向导湿性能之间的关系鲜有报道。针对以上问题,本文提出了透气透湿、耐磨灵活及单向导湿兼容的材料制备要求。通过静电纺丝、针刺热压及功能化改性多重技术相结合对多孔复合膜结构及润湿特性协同调控,突破了多功能单向导湿复合膜的关键技术,制备出综合性能优异的复合膜,进一步分析了液滴在不同孔道构效复合膜中的传输机理,为舒适防护兼容型复合膜的制备提供实验及理论研究基础。具体的研究内容如下:(1)采用针刺热压工艺与喷涂、刮涂多重功能化改性技术相结合的方式,制备一系列树脂表层结构增强微米纤维复合膜。重点分析改性方式及梯度结构对复合膜综合性能(单向导湿、透气透湿、耐磨及柔韧性)的影响规律;研究发现润湿驱动力是膜获得单向导湿性能的关键;重要的是,热塑性聚氨酯(TPU)显著提升膜的耐磨擦能力。(2)受自然界水分定向输送及多级结构思想启发,采用静电纺丝及原位聚合技术制备具有仿地表多级梯度结构及仿蜂窝纳米插层/三明治两种仿生结构纳米纤维复合膜。分析了润湿特性及结构设计对复合膜性能的影响规律。结果表明,仿蜂窝纳米插层增加了膜的孔径,利于降低传输阻力、提升膜舒适性能,膜透气性能比商用膜高2个数量级。(3)耦合微米复合膜及纳米复合膜的优势,一步构筑微/纳米多尺度纤维复合膜,探究了多尺度结构对复合膜综合性能的影响规律。结果表明,微/纳米多尺度纤维复合膜保留了微米复合膜耐磨特点及纳米复合膜柔韧灵活优势,复合膜累积单向传递指数高达712.6450%;此外,深入分析空气流、水蒸气及液复合膜中的传递规律;空气流符合Darcy’s法则,水蒸气在多孔膜内部的传递主要依靠Fick扩散。更重要的是,研究发现,膜单向导湿性能与聚合物原料特性及孔通道结构有关,液滴在亲窄疏宽孔道模型中受到的阻力更小,驱动力更大;以上为微/纳米多尺度复合材料的设计与应用提供了理论依据,弥补了液滴在多孔材料传输缺乏理论研究的现状。
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