随着社会的发展,人们对健康、对自身所处的空气环境越来越重视。然而不同环境下的颗粒物种类也有不同,通常可将其归纳为盐性气溶胶颗粒物和油性气溶胶颗粒物两大类。油性颗粒物主要是液体的雾化、凝结,工业过程中产生的亚微米级液滴以及化学反应等过程形成的酸雾、碱雾、油雾等,它严重危害人们的健康、机器的运行、甚至会腐蚀破坏物质材料。然而目前最有效的应对空气中颗粒物污染的方式还是使用空气过滤材料来隔绝颗粒物。静电纺纳米纤维非织造材料具有纤维直径小、比表面积大、孔隙率高等优势使其在空气过滤领域占有举足轻重的地位。由于油性颗粒物是液体,具有流动性,在与材料接触时,会受到材料固有性能的极大影响。因此本课题着重研究了不同表面能的空气过滤材料对油性颗粒物的过滤性能变化。通过改变材料的表面粗糙度、化学组成,制备出表面差异化的静电纺纳米纤维材料,并对它们的力学性能和过滤性能等进行分析。本课题首先选用高聚物PAN进行静电纺丝,随着纺丝时间的增加,纤维非织造材料的厚度、平方米克重线性增加,断裂强力也随之线性增加,而不影响其断裂强度。纳米纤维材料的厚度越大,孔径越小,孔径分布越均匀,其初始过滤效率越大。纳米纤维材料的过滤阻力会随着过滤效率的增加而增加,也基本与材料的厚度成正相关。通过改变纺丝液的浓度来调控纳米纤维材料的平均直径,得到粗糙度不同的样品,以粗糙度来表达结构的差异性。纳米纤维材料样品的动态过滤效率的下降速率与纤维材料的平均直径成负相关,过滤阻力的增加速率与平均孔径成负相关,也就是说,纤维越细,过滤效率下降地越快,孔径越小,阻力增加越快。纳米纤维材料的表面粗糙度也是受纳米纤维材料的纤维直径及其分布影响的一个参数。因此不能说明材料的表面粗糙度与其动态过滤性能有非常直接的影响关系。随后,为了制备出表面化学组成差异化的纳米纤维材料,本课题选取了两种聚合物高分子材料CA、PVDF作为原料,为了有较好的纺丝效果,本课题采用与PAN混纺的方式制备得到纳米纤维材料。综合其纤维直径、孔径、力学性能、过滤性能来看,PAN与PVDF的最佳混纺比例为7:3,最合适纺丝液浓度为12%;PAN与CA的最佳混纺比例为8:2,最合适的纺丝浓度为8%,得到与纯PAN纳米纤维材料纤维直径一致的纳米纤维材料。对比粗糙度一致但化学组成不同的纳米纤维材料的过滤效率的下降速率,最快的是PAN/PVDF,其次是PAN、PAN/CA,而PAN的过滤阻力的上升速率较慢,PAN/CA、PAN/PVDF的过滤阻力上升速率较快。对于同一液体而言,固体的表面能越小,液体在其表面的润湿性越差,在过滤过程中,液滴更不容易粘附在纤维表面,因此更容易被吹出,或聚集成大液滴,堵塞孔径,造成过滤效率下降更快,而过滤阻力上升更快。最后本课题将以上三种纳米纤维材料PAN、PAN/CA、PAN/PVDF作为排水层制备成复合纳米纤维材料,并与10%PAN纺丝液制备的单一结构纳米纤维材料进行性能对比分析,复合纳米纤维材料的初始过滤性能高于单一结构的纳米纤维材料。复合纳米纤维材料的排水层具有更大的表面能时,油性颗粒物在其表面润湿性更大,容易发生液体的浸润与穿透,极大地降低了颗粒物的有效捕捉面积,因此其过滤效率下降更快。也正是由于表面能大,使得液体的粘附力也更大,当液体堵塞孔径时,往往会带来更大的压降变化。