热风与电压调控熔体电纺丝/熔喷混合系统制备聚丙烯纳米纤维：纺丝行为与高性能分离器应用

本文深入探讨了热风压力与电压对熔体电纺丝（Melt Electrospinning）/熔喷（Melt Blown）混合系统（MEBHS）中聚丙烯（PP）纳米纤维纺丝行为的影响，通过低分子量PP共混优化粘度，成功实现1微米级纤维直径，为环保、低成本能源存储分离器提供新方案。专业术语包括熔体电纺丝（ME）、熔喷（MB）、聚丙烯（PP）和纳米纤维（Nanofiber），保留符号如°C和上下角标如cm3。

　　

ABSTRACT

纳米纤维凭借其高比表面积（surface area-to-mass ratio）广泛应用于过滤、膜和分离器领域，尤其在能源存储设备分离器中需满足纳米级纤维结构以确保离子导电性（ionic conductivity）、机械稳定性和化学稳定性。传统溶液电纺丝依赖有机溶剂，易引发副反应并增加成本；而熔体电纺丝作为无溶剂替代方案虽环保经济，却受限于熔融聚合物高粘度难以实现纳米级纤维直径。本研究开发了一种熔体电纺丝/熔喷混合系统，通过整合热风压力（hot air pressure），优化了聚丙烯（PP）纳米纤维的制备。采用低分子量（LMW）PP（平均分子量M_w ~12,000）与高分子量PP共混以降低粘度，成功制备出直径低至1微米的纤维，提供了一种可规模化、环保的纳米纤维分离器制造方法。

1 Introduction

纳米纤维直径在数十纳米尺度，具有独特性能如高比表面积，在催化、吸附、膜分离和过滤中应用广泛。电池分离器需兼顾离子导电性、电绝缘性、化学稳定性和机械强度，同时优化电子传递并减少溶剂副反应。传统溶液电纺丝虽能实现纳米级直径，但溶剂回收过程增加成本和环境负担；而熔体电纺丝无需溶剂去除，更具优势。然而，熔融聚合物高粘度限制纤维直径至微米级（5-20 μm），不适用于需低于100 nm的分离器。为此，本研究引入热风压力增强的混合系统，采用PP材料（优良机械和化学性能），通过LMW PP共混（2 wt%）优化粘度，突破先前2 μm极限，目标为1 μm直径纤维。

2 Experimental

2.1 Blending

使用等规PP均聚物（熔融指数MI 2300 g/10 min，密度0.90 g/cm³）与LMW PP（M_w ~12,000，M_n ~5000，密度0.9