螺旋/珠状复合纤维膜结构：高效空气过滤材料的创新设计与性能研究

本文推荐一种基于聚丙烯(PP)/聚苯乙烯(PS)熔喷螺旋纤维与醋酸纤维素(CA)/PS电纺珠状纤维的复合膜(PPS@CA)，通过双异形结构协同作用实现98.45%的PM0.2-4.595过滤效率，压降低至86.3?Pa，品质因子达0.03828?Pa?1，为高效低阻空气过滤器开发提供新思路。

　　

Highlight

本研究创新性地利用聚丙烯(PP)与聚苯乙烯(PS)的刚度差异，通过一步熔喷法制备出具有丝瓜茎状螺旋结构的PPS纤维膜（弯曲度0.21?μm^?1）。结合醋酸纤维素(CA)/PS电纺珠状纤维膜，构建了"双异形结构"复合膜，其过滤性能实现突破性提升——犹如给空气装上"智能捕手"，对0.200-4.959?μm颗粒的平均拦截效率高达98.45%，而呼吸阻力仅相当于微风拂面（86.3?Pa）。

Materials

• 聚丙烯(PP)：熔融指数25?g/10min（韩国大林）

• 聚苯乙烯(PS)：熔融指数4?g/10min（上海麦克林）

• 溶剂搭档：N,N-二甲基甲酰胺(DMF)与醋酸纤维素(CA)（上海麦克林）

Preparation of PPS melt blown membranes

如图1所示，先将PS颗粒在80℃烘箱中干燥12小时去除水分，随后与PP按特定比例混合，通过熔喷设备的"高温拉丝魔法"（250℃熔融温度，0.3MPa气压）纺出螺旋纤维。这种结构形成的关键在于两种聚合物在拉伸场中的"舞蹈步调不一致"——PP像钢索般刚硬，PS似橡皮筋般柔韧，最终跳出了美妙的螺旋轨迹。

Surface morphology of PPS@CA composite membranes

电镜图像(图2a-e)生动展示了PPS纤维的"弹簧"形貌。当PP:PS=96:4时，纤维像DNA双螺旋般规则盘旋，这种结构使过滤路径从"直线赛道"变为"九曲回廊"，大幅增加颗粒物碰撞概率。而CA/PS电纺层则像布满"珍珠项链"（珠状结构），与PPS层的"螺旋弹簧"形成立体拦截网络，让PM颗粒无处可逃。

Conclusion

这项研究如同在纤维世界建造了"立体交通网"——螺旋纤维是盘旋高架，珠状纤维是交错支路，共同成就了98.45%过滤效率的"交通管制系统"。该成果不仅为抗霾口罩和工业过滤提供新材料，更开创了通过聚合物"性格差异"设计异形纤维的新范式。