孫煥惟， 張 恒,2， 甄 琪， 朱斐超， 錢(qián)曉明， 崔景強(qiáng)， 張一風(fēng)

(1. 中原工學(xué)院 紡織學(xué)院， 河南 鄭州 451191； 2. 河南省醫(yī)用高分子材料技術(shù)與應(yīng)用重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，河南 新鄉(xiāng) 453400； 3. 中原工學(xué)院 服裝學(xué)院， 河南 鄭州 451191； 4. 浙江理工大學(xué) 紡織科學(xué)與工程學(xué)院(國(guó)際絲綢學(xué)院)， 浙江 杭州 310018； 5. 天津工業(yè)大學(xué) 紡織科學(xué)與工程學(xué)院，天津 300387； 6. 河南駝人醫(yī)療器械集團(tuán)有限公司， 河南 新鄉(xiāng) 453400)

聚丙烯(PP)熔噴非織造材料作為商業(yè)化的納微米纖維材料，具有比表面積大、孔隙率高的特性[1]，可通過(guò)攔截、慣性沉積、重力沉降、擴(kuò)散沉積和靜電吸附等機(jī)制分離氣相中的微小固相顆粒[2]，是近年來(lái)國(guó)際上公認(rèn)的可以有效去除大氣和氣流中超細(xì)顆粒物的經(jīng)濟(jì)、實(shí)用性過(guò)濾材料[3-4]。因此，PP熔噴非織造材料得到了醫(yī)學(xué)界的高度認(rèn)可，被廣泛應(yīng)用于醫(yī)用口罩、防護(hù)服裝和空氣凈化器等多個(gè)醫(yī)用安全領(lǐng)域。但臨床使用發(fā)現(xiàn)，現(xiàn)有PP熔噴非織造材料在使用過(guò)程中存在貼合性不足，并在外力作用下易受損(如紡粘/熔噴/紡粘(SMS)非織造材料在揉搓后會(huì)喪失液體阻隔性)等技術(shù)問(wèn)題。這主要是因?yàn)?，現(xiàn)有PP熔噴非織造材料大都采用高熔融指數(shù)的(800～1 800 g/(10 min))的等規(guī)均聚PP為原料，天然具有脆性高、抗外力沖擊能力差的特點(diǎn)[5]。因此，開(kāi)展PP熔噴非織造材料彈性增強(qiáng)研究對(duì)于提高PP熔噴非織造材料在醫(yī)用防護(hù)領(lǐng)域的應(yīng)用性，切斷顆粒物/病毒傳輸途徑具有重要意義。

物理共混改性法作為高分子材料常用的改性技術(shù)，是將功能性增強(qiáng)組分與基體組分按照一定的方式混合而成宏觀(guān)均勻的共混體系，從而實(shí)現(xiàn)某種性能的提升[6-7]。物理共混改性法具有原理簡(jiǎn)單、工藝可控和生產(chǎn)效率高的特點(diǎn)。近期有學(xué)者等嘗試將熱塑性聚氨酯(TPU)[8]和聚烯烴彈性體[9]等熱塑性彈性體與PP進(jìn)行熔融共混以增強(qiáng)其抵抗外力沖擊的性能。研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)，與PP相容性差的熱塑性彈性體與PP共混改性可增強(qiáng)其彈性，但是會(huì)以島相的形式分散于PP內(nèi)，形成微觀(guān)相分離的二元結(jié)構(gòu)，且高的聚合物黏彈性會(huì)造成紡絲工藝不穩(wěn)定和纖維較粗的特點(diǎn)[10]。

丙烯基彈性體(PBE)作為一種采用茂金屬催化劑合成的聚烯烴共聚物，是由全同立構(gòu)聚丙烯微晶區(qū)(硬段)及松散的無(wú)定型彈性區(qū)(軟段)構(gòu)成的半結(jié)晶共聚物[11]。PBE與PP的相容性較好，在與PP進(jìn)行共混改性的過(guò)程中不需要添加偶聯(lián)劑，可有效改善PP材料的應(yīng)力發(fā)白現(xiàn)象[12]。比如：文獻(xiàn)[13]嘗試將PBE與PP進(jìn)行共混熔噴成型以獲得一種柔性非織造材料；文獻(xiàn)[14]則進(jìn)一步嘗試將聚烯烴類(lèi)彈性體的熔融指數(shù)限定為2～350 g/(10 min)。上述研究明確了PBE對(duì)PP熔噴非織造材料彈性增強(qiáng)的可行性，但是目前對(duì)于PBE/PP體系熔噴成型方法的研究大都局限于專(zhuān)利。

基于此，本文嘗試以PBE共混改性PP的共混熔噴成型方法獲得兼具有彈性和過(guò)濾性的納微米纖維材料，并對(duì)聚合物特性和PBE/PP熔噴非織造材料的彈性和過(guò)濾性進(jìn)行實(shí)驗(yàn)分析，以期為熔噴非織造材料在醫(yī)用口罩、防護(hù)服裝和空氣凈化器等多個(gè)醫(yī)用安全領(lǐng)域的工程應(yīng)用能力提升提供研究思路和實(shí)施例。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 樣品制備

1.1.1 原 料

PP切片，熔點(diǎn)為173.6 ℃，熔融指數(shù)為37.8 g/(10 min) (中國(guó)石油獨(dú)山子石化公司，S2040)。PBE切片，熔融指數(shù)為48.5 g/(10 min)，乙烯成分質(zhì)量分?jǐn)?shù)為13%(蘇州多瑈新材料科技有限公司)。

1.1.2 納微米纖維材料的熔噴成型

為明確PBE對(duì)樣品結(jié)構(gòu)特征和過(guò)濾性能的作用規(guī)律，本文使用PBE/PP共混熔噴的非駐極方法制備PBE/PP熔噴非織造材料樣品。首先將PBE切片分別按照質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0%、25%、50%、75%和85%的比例與PP切片均勻攪拌以形成PBE/PP共混聚合物切片，分別編號(hào)為1#、2#、3#、4#、5#。此后將共混切片經(jīng)料斗喂入到螺桿擠出機(jī)內(nèi)軟化熔融成共混聚合物熔體，并以15 mL/min 的擠出量輸送到熔噴模頭內(nèi)。共混聚合物熔體經(jīng)過(guò)濾網(wǎng)和穩(wěn)壓腔的作用后均勻分配到噴絲孔內(nèi)，并以熔體細(xì)流的形式從噴絲孔噴出。同時(shí)，高速熱氣流從兩側(cè)風(fēng)道內(nèi)噴射而出對(duì)熔體細(xì)流進(jìn)行夾持式氣流牽伸。最后熔體細(xì)流逐漸冷切成纖，并在接收簾上形成PBE/PP熔噴非織造材料。

PBE/PP共混熔噴材料樣品制備所用熔噴成型系統(tǒng)(MB-001)的特征和工藝設(shè)定見(jiàn)表1。樣品制備期間，通過(guò)調(diào)整計(jì)量泵和熔噴模頭溫度來(lái)調(diào)整共混熔體的特性，并用模頭溫度來(lái)表征共混熔體溫度。

表1 PBE/PP熔噴非織造材料的工藝Tab.1 Process of PBE/PP melt blowing nonwovens

1.2 性能測(cè)試

1.2.1 原料特性測(cè)試

熱性能分析：采用DSC8000型差示掃描量熱儀(美國(guó)PerkinElmer公司)測(cè)試PBE/PP共混聚合物的熔融曲線(xiàn)和冷切曲線(xiàn)，獲得其熔融峰值(Tm)、熔融熱焓(ΔHm)、結(jié)晶熱焓(ΔHc)和結(jié)晶度(Xc，由式(1)[15]獲得)。測(cè)試條件：氮?dú)夥諊?，測(cè)試區(qū)間30～200 ℃，升溫速率10 ℃/min。

Xc=ΔHm/ΔHma

(1)

式中：Xc為聚合物的結(jié)晶度，%；ΔHm為PBE/PP共混聚合物的熔融熱焓，由熔融峰曲線(xiàn)所得，J/g； ΔHma為PP的完全結(jié)晶時(shí)標(biāo)準(zhǔn)熱焓值，209 J/g。

流變性能分析：采用Physica MCR 301型旋轉(zhuǎn)流變儀(美國(guó)AntonPaar公司)分別對(duì)PP、PBE和PBE/PP共混聚合物進(jìn)行熔體流變性分析。測(cè)試溫度(Tt)為245、265和285 ℃。

1.2.2 特征指標(biāo)測(cè)試

形態(tài)結(jié)構(gòu)分析：利用EVO18型掃描電子顯微鏡(德國(guó)ZEISS公司)獲得樣品的表面和截面形態(tài)電鏡照片，并利用Image-J軟件在電鏡照片上隨機(jī)選取50根纖維獲得纖維直徑(df)及其分布。

特性指標(biāo)分析：依據(jù)GB/T 24218.2—2009 《紡織品 非織造布試驗(yàn)方法 第2部分:厚度的測(cè)定》，使用YG141D型織物厚度儀(溫州市大榮紡織儀器有限公司)獲得樣品的平均厚度。測(cè)試條件為：受壓面積500 mm2，壓腳質(zhì)量100 g，每個(gè)樣品測(cè)試5組。參考GB/T 24218.1—2009《紡織品 非織造布試驗(yàn)方法 第1部分: 單位面積質(zhì)量的測(cè)定》對(duì)樣品的面密度進(jìn)行測(cè)試，并依據(jù)式(2)、(3)獲得孔隙率。

(2)

ρf=ρPP×wPP+ρPBE×wPBE

(3)

式中：p為孔隙率，%；μ為樣品面密度，kg/m2；ρf為PBE/PP共混聚合物密度，kg/m3；ρPP為PP密度，920 kg/m3；wPP為PP質(zhì)量分?jǐn)?shù)，%；ρPBE為PBE密度，890 kg/m3；wPBE為PBE質(zhì)量比，%；Th為樣品厚度，m。

1.2.3 氣固過(guò)濾和液體阻隔性能測(cè)試

氣固過(guò)濾性能分析：根據(jù)YY 0469—2011《醫(yī)用外科口罩》，使用8130A型自動(dòng)濾料測(cè)試儀(美國(guó)TSI公司)獲得其過(guò)濾阻力和過(guò)濾效率。測(cè)試條件為：空氣流量32 L/min，氯化鈉氣溶膠；測(cè)試面積100 cm2。

液體阻隔性能分析：依照GB/T 4744—2013《紡織品 防水性能的檢測(cè)和評(píng)價(jià) 靜水壓法》，使用YG825E型織物滲水性測(cè)試儀(寧波紡織儀器廠(chǎng))獲得樣品的靜水壓。

1.2.4 彈性測(cè)試

參考FZ/T 01034—2008《紡織品 機(jī)織物拉伸彈性試驗(yàn)方法》，使用YG065H型電子織物強(qiáng)力機(jī)(萊州電子儀器有限公司)通過(guò)定伸長(zhǎng)法測(cè)試樣品的彈性回復(fù)率和塑性變形率。樣品夾持距離為80 mm，寬度為20 mm，拉伸速度為100 mm/min，拉伸距離為80 mm，拉伸停滯時(shí)間為60 s，松弛停滯時(shí)間為180 s，拉伸2次。彈性回復(fù)率Er和塑性變形率Pd分別依據(jù)式(4)、(5)計(jì)算獲得。

(4)

(5)

式中：L1為隔距長(zhǎng)度，80 mm；L2為試樣回復(fù)至零位后停留再施加預(yù)張力時(shí)的長(zhǎng)度，mm；L3為試樣拉伸至定伸長(zhǎng)時(shí)的長(zhǎng)度，160 mm；L為夾持試樣時(shí)達(dá)到預(yù)張力時(shí)的伸長(zhǎng)，mm。

2 結(jié)果與討論

2.1 原料特性分析

2.1.1 聚合物的熱性能分析

通過(guò)差示掃描量熱法(DSC)探討聚合物共混體系的熱性能，為進(jìn)一步的熔噴成型工藝設(shè)計(jì)提供依據(jù)。圖1示出PP/PBE共混聚合物的DSC曲線(xiàn)，表2 熱性能特征數(shù)據(jù)。首先從圖1(a)可以看出，在升溫過(guò)程中，不同比例的PP/PBE共混聚合物在165～175 ℃區(qū)間內(nèi)只有1個(gè)熔融峰，且熔融峰值隨著PBE比例的增大而從173.6 ℃降低到165.1 ℃，熔融峰面積也隨之減小。根據(jù)Flory-Huggins理論，熔融峰值隨著共混比例的增大而降低可表明PBE和PP具有較好的相容性[16]。其次由圖1(b)可知，共混聚合物在冷卻過(guò)程中出現(xiàn)明顯的結(jié)晶峰。隨著PBE含量的增加，結(jié)晶峰的峰形逐漸變寬，結(jié)晶峰面積也隨之減小。這說(shuō)明PBE的加入對(duì)PP的結(jié)晶有抑制作用。

圖1 PBE/PP共混聚合物的DSC曲線(xiàn)Fig.1 DSC curves of PBE/PP blends. (a)Melting curve; (b)Cooling curve

另外結(jié)合圖1和表2可知，隨著PBE比例從0%增大到85%的過(guò)程中，樣品的結(jié)晶度從39.0% 逐漸降低到9.8%。這可能是由于PBE分子對(duì)PP分子有強(qiáng)烈的分子間相互作用，PBE中的乙烯單元破壞了聚丙烯大分子鏈段的規(guī)整性，阻礙了PP分子鏈的聚集和重排，從而使聚丙烯共聚物分子鏈的柔順性增大，結(jié)晶度和熔融溫度隨之降低[17]。綜上可知，在PP納微米纖維的熔噴成型過(guò)程中，添加一定比例的PBE可增強(qiáng)其彈性。

表2 聚合物的DSC數(shù)據(jù)Tab.2 DSC data of polymers

2.1.2 聚合物的流變行為分析

圖2示出PP、PBE和PBE/PP共混聚合物的復(fù)數(shù)黏度與角頻率間的關(guān)系曲線(xiàn)。由圖2可以看出，PP、PBE和PP/PBE共混聚合物熔體的復(fù)數(shù)黏度均隨著角頻率提高而降低，是典型的切力變稀假塑性熔體。這說(shuō)明PP、PBE和PBE/PP共混聚合物屬于假塑性非牛頓流體。

圖2 聚合物的流變曲線(xiàn)Fig.2 Rheological curves of polymers

從圖2還可以看出，在測(cè)試溫度為245～285 ℃的范圍內(nèi)，這3類(lèi)聚合物的復(fù)數(shù)黏度均隨著熔體溫度的提高而降低。這可能是因?yàn)榫酆衔锎蠓肿拥慕饫p結(jié)能力隨著溫度的升高而加強(qiáng)，并進(jìn)一步增大分子間間距，使得熔體流動(dòng)性能變好，這與前人研究保持一致[18]。另外，綜合圖2可知道，在相同的溫度下，本文選用的PP熔體的復(fù)數(shù)黏度大于PBE熔體，并且PBE/PP共混聚合物熔體的復(fù)數(shù)黏度隨著PBE比例的增大而降低。在高角頻率下，PBE/PP共混聚合物的復(fù)數(shù)黏度越來(lái)越接近。這是因?yàn)镻BE大分子的剪切敏感性較高，更易發(fā)生大分子間的滑移和取向。通過(guò)上述分析可知，在實(shí)際PEB/PP熔噴加工過(guò)程中，可通過(guò)增大PBE比例和提高熔體溫度來(lái)降低熔體的復(fù)數(shù)黏度，從而利于納微米纖維網(wǎng)的氣流牽伸熔噴成型。

2.2 形態(tài)結(jié)構(gòu)分析

圖3、4分別示出在接收距離為18 cm、溫度為265 ℃條件下，不同PBE比例的PBE/PP熔噴非織造材料表面電鏡照片和直徑分布。由圖可知，PBE/PP熔噴非織造材料是由粗細(xì)不一的納微米纖維在水平方向上分布，并在厚度方向堆疊而成的多孔結(jié)構(gòu)形態(tài)，綜合呈現(xiàn)出纖維直徑分布的二值化和纖維排列的嵌入形態(tài)。這為細(xì)小顆粒物的深層過(guò)濾和氣流低阻穿越提供結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)[19]。從圖4可以知道，PBE/PP熔噴非織造材料的纖維直徑主要分布在0.4～16 μm之間，并呈現(xiàn)2個(gè)峰值。細(xì)纖維的直徑分布在0.4～2 μm之間，粗纖維的直徑分布在8～16 μm 之間。并且當(dāng)PBE的質(zhì)量分?jǐn)?shù)從25%增大到85%時(shí)，直徑小于2 μm的纖維數(shù)量占比從21.6%增大到68.3%，纖維直徑的差異性明顯增大。造成這一現(xiàn)象的可能原因是，PBE/PP共混熔體的流動(dòng)性會(huì)隨著PBE的大量加入而提高，因此在氣流牽伸作用下會(huì)產(chǎn)生更多的細(xì)纖維。同時(shí)PBE大量的加入又會(huì)進(jìn)一步降低纖維成型的穩(wěn)定性，造成纖維直徑分布的差異化。

圖3 不同PBE比例的樣品表面形態(tài)電鏡照片F(xiàn)ig.3 Surface SEM images of samples with different PBE mass ratio

圖4 不同比例的樣品直徑分布Fig.4 Fiber diameter distribution of samples with different PBE mass ratio

圖5示出在接收距離為18 cm、m(PBE)∶m(PP)=50∶50條件下，不同模頭溫度的PBE/PP熔噴非織造材料表面形態(tài)電鏡照片?？梢钥闯觯S著模頭溫度從245 ℃ 增大到285 ℃，直徑小于2 μm的纖維數(shù)量占比也隨之增大。同時(shí)，隨著PBE比例的提高和模頭溫度的增大，纖維間的并絲現(xiàn)象和無(wú)歸卷曲形態(tài)也大量出現(xiàn)，這可能是因?yàn)镻BE比例的增大和模頭溫度的升高一方面降低了共混熔體的黏度，另一方面也降低了共混熔體的熔點(diǎn)/凝固點(diǎn)，使得共混熔體獲得了更大的有效牽伸距離；同時(shí)過(guò)高的模頭溫度也會(huì)造成工藝不穩(wěn)定[20]。

圖5 不同模頭溫度的樣品表面形態(tài)電鏡照片F(xiàn)ig.5 Surface SEM images of samples with different melt temperature

圖6示出在溫度為265 ℃、m(PBE)∶m(PP)=50∶50條件下，接收距離為9～32 cm的PBE/PP熔噴非織造材料橫截面形態(tài)電鏡照片。

圖6 不同接收距離的樣品橫截面形態(tài)電鏡照片F(xiàn)ig.6 Cross section SEM images of samples with different die to collector distance

可以看出，在厚度方向上細(xì)纖維(df< 2 μm)和粗纖維(df> 8 μm)相互疊合形成立體疊層的納微米纖網(wǎng)形態(tài)，并且細(xì)纖維穿插于粗纖維間的孔隙內(nèi)，組成立體迂曲的孔隙形態(tài)。其次，從圖6還可以看出，當(dāng)接收距離為9 cm時(shí)，纖維之間的固結(jié)區(qū)域較多，纖維間隙較少。此后隨著接收距離逐漸增大到32 cm的過(guò)程中，纖維間隙在逐漸增多。其具體表現(xiàn)為，在樣品平均面密度為103.9 g/m2的情況下，隨著接收距離從9 cm增大到32 cm的過(guò)程中，樣品的孔隙率從64.1%增大到82.1%，進(jìn)而呈現(xiàn)出蓬松的多孔結(jié)構(gòu)特征。出現(xiàn)這個(gè)情況的可能原因是：在接收距離短的熔噴工藝下，PBE/PP熔體細(xì)流的固化時(shí)間較短，因此以半熔融態(tài)的形式定型在接收裝置表面；而PBE/PP的熔體細(xì)流隨著接收距離的增大而擁有更多的時(shí)間冷卻固化定型，進(jìn)而纖維間的作用力較弱而形成蓬松的多孔形態(tài)。綜合圖3～6可知，PBE/PP熔噴非織造材料是一種由納微米纖維組成的多孔介質(zhì)。其納微米纖維在0.4～16 μm間的直徑分布特征可以為高效捕獲細(xì)小顆粒物和液體屏蔽提供基礎(chǔ)，并可通過(guò)調(diào)控PBE比例、模頭溫度和接收距離等工藝來(lái)調(diào)控其結(jié)構(gòu)形態(tài)和孔隙率。

2.3 拉伸彈性分析

基于對(duì)PBE/PP熔噴非織造材料的伸長(zhǎng)彈性主要來(lái)自于PBE/PP共混聚合物伸長(zhǎng)彈性和PBE/PP熔噴非織造材料結(jié)構(gòu)伸長(zhǎng)彈性的認(rèn)識(shí)[20]，本文著重分析PBE比例對(duì)PBE/PP熔噴非織造材料的彈性的增強(qiáng)作用，并以彈性回復(fù)率和急彈性回復(fù)率來(lái)表征樣品的拉伸彈性。圖7示出溫度為265 ℃、接收距離為18 cm條件下，樣品在定伸長(zhǎng)拉伸條件下的拉伸-回復(fù)曲線(xiàn)，表3示出樣品的拉伸彈性數(shù)據(jù)。

圖7 樣品的彈性回復(fù)曲線(xiàn)Fig.7 Elastic recovery curves of samples

表3 樣品的拉伸彈性數(shù)據(jù)Tab.3 Tensile elasticity data of samples %

由圖7可知，PBE/PP熔噴非織造材料樣品縱橫向的拉伸和回復(fù)過(guò)程中均產(chǎn)生清晰的滯后圈，并且滯后圈面積隨著PBE含量提高而逐漸降低。這表明PBE的加入賦予了PBE/PP熔噴非織造材料樣品的彈性，并且樣品拉伸彈性回復(fù)率隨著PBE質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增大而增大，與現(xiàn)有文獻(xiàn)[21]研究吻合。另外，同一樣品的縱橫向拉伸-回復(fù)曲線(xiàn)還表明，PBE/PP熔噴非織造材料的縱、橫向拉伸強(qiáng)度均隨著PBE質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增加而呈現(xiàn)降低趨勢(shì)。并且在同樣應(yīng)力情況下，樣品橫向應(yīng)變明顯大于樣品縱向應(yīng)變。這說(shuō)明樣品在橫向上受力更易變形。出現(xiàn)這一現(xiàn)象的主要原因是，在熔噴成型過(guò)程中，纖維受接收裝置的摩擦作用而在機(jī)器方向(縱向)大量的排列取向，因此樣品縱向上拉伸而纖維間摩擦力大，需要更大的形變力[22]。結(jié)合表3可知，PBE質(zhì)量分?jǐn)?shù)為25%的PBE/PP熔噴非織造材料縱向彈性回復(fù)率為65.00%，橫向彈性回復(fù)率為64.20%，縱向塑性變形率為35.00%，橫向塑性變形率為35.80%。而PBE質(zhì)量分?jǐn)?shù)為85%的PBE/PP熔噴非織造材料縱向彈性回復(fù)率為81.78%，橫向彈性回復(fù)率為79.14%，縱向塑性變形率為18.22%，橫向塑性變形率為20.86%。

另外還發(fā)現(xiàn)，當(dāng)PBE質(zhì)量分?jǐn)?shù)小于65%時(shí)，樣品的橫向彈性回復(fù)率大于縱向彈性回復(fù)率，而當(dāng)PBE質(zhì)量分?jǐn)?shù)為85%時(shí)，樣品的縱向彈性回復(fù)率大于橫向彈性回復(fù)率。這表明隨著PBE質(zhì)量比例的增大，樣品材料特性對(duì)彈性回復(fù)的貢獻(xiàn)度在逐漸增大。出現(xiàn)上述現(xiàn)象的可能原因是：PBE與PP的相容性較好；當(dāng)PBE比例大于50%時(shí)，PBE/PP共混體系中的PP為分散相，PBE為連續(xù)相。同時(shí)PBE作為一種半結(jié)晶聚合物，受到外力作用易變形。綜上可知，通過(guò)增大PBE的比例可增強(qiáng)PP熔噴非織造材料的彈性回復(fù)率，并可以為進(jìn)一步調(diào)控纖維排列角度來(lái)調(diào)控樣品縱橫向彈性回復(fù)率提供基礎(chǔ)。

2.4 氣固過(guò)濾性能分析

本文用過(guò)濾效率和過(guò)濾阻力來(lái)表征樣品對(duì)空氣中細(xì)小顆粒物的過(guò)濾性能。圖8示出溫度為265 ℃， 接收距離為18 cm、m(PBE)∶m(PP)=50∶50、 面密度為103.9 g/m2條件下，過(guò)濾性能隨PBE比例、模頭溫度和接收距離的變化曲線(xiàn)。

從圖8可知，添加一定量的PBE和提高模頭溫度對(duì)于增強(qiáng)PBE/PP納微米纖維材料的過(guò)濾效率有一定的幫助。對(duì)比PBE質(zhì)量分?jǐn)?shù)為25%和85%樣品的過(guò)濾效率可知，85%的PBE添加量使得過(guò)濾效率增大了約1.8倍，同時(shí)過(guò)濾阻力也增大到47 Pa。 造成這一現(xiàn)象的主要原因?yàn)?，直徑小? μm的纖維數(shù)量占比隨著PBE比例增大和模頭溫度提高而提高。從圖8還可看出，在其他條件不變的情況下，過(guò)濾效率和過(guò)濾阻力隨著面密度的增大而增大，這與現(xiàn)有熔噴非織造材料的研究相符合[23]。

圖8 樣品的過(guò)濾性能Fig.8 Filtration performance of samples. (a) PBE mass ratio; (b) Melt temperature; (c) Mass per unit area; (d) Die to collector distance

需要注意的是接收距離對(duì)樣品過(guò)濾阻力有顯著的影響。樣品過(guò)濾阻力隨著接收距離增大到32 cm而降低到34.6 Pa?？赡茉蚴菢悠房紫堵孰S著接收距離增大到32 cm而增大到82.1%，樣品大孔隙率會(huì)進(jìn)一步增大、納微纖維間的細(xì)小孔隙增多。這些細(xì)小孔隙有利于減弱氣流穿透樣品時(shí)的繞纖阻力[24]。

2.5 液體阻隔性能分析

靜水壓是指水通過(guò)試樣時(shí)所遇到的阻力，是目前手術(shù)衣材料的重要指標(biāo)之一[25]，因此本文采用靜水壓來(lái)表征樣品的液體隔離性能。圖9示出靜水壓隨PBE比例、模頭溫度和接收距離的變化。

圖9 樣品的靜水壓Fig.9 Hydrostatic pressure resistance of samples

從圖9可以看出，PBE的比例和熔噴工藝對(duì)靜水壓都有顯著的影響。其中，靜水壓隨著PBE質(zhì)量分?jǐn)?shù)增大到85%而增大到4 699.6 Pa，并與面密度保持正相關(guān)的線(xiàn)性關(guān)系。同時(shí)模頭溫度的增大也會(huì)有益于增大靜水壓。這可能的原因是直徑小于2 μm 的纖維數(shù)量隨著模頭溫度的增大而增大，進(jìn)而使得樣品具有更致密的孔隙，從而使得樣品的靜水壓增大。

3 結(jié) 論

本文采用PBE共混改性PP的方法，利用熔噴非織造技術(shù)制備了PBE/PP基納微米纖維材料，分析了PBE/PP共混體系的熱性能和流變性能為其熔噴成型工藝提供依據(jù)，并研究了PBE比例和熔噴工藝(模頭溫度和接收距離)對(duì)樣品結(jié)構(gòu)特征和纖維直徑分布的作用規(guī)律，進(jìn)而闡述了PBE對(duì)PP熔噴非織造材料的彈性、氣固過(guò)濾和液體阻隔特性的增強(qiáng)規(guī)律，得到如下結(jié)論。

1)PBE和PP具有較好的相容性，且熔融峰值隨著PBE比例從0%增加到85%而降低到165.1 ℃。PBE的加入對(duì)PP的結(jié)晶有抑制作用，樣品的結(jié)晶度隨著PBE比例的增大而從39.0% 逐漸降低到9.8%。這說(shuō)明在PP納微米纖維的熔噴成型過(guò)程中，添加一定比例的PBE可以實(shí)現(xiàn)其彈性的增強(qiáng)。

2)PBE/PP熔噴非織造材料是由粗細(xì)不一的納微米纖維在水平方向上分布，并在厚度方向堆疊成型，綜合表現(xiàn)出纖維直徑分布的二值化和纖維排列的嵌入形態(tài)。并且df< 2 μm的纖維數(shù)量占比隨著PBE的質(zhì)量分?jǐn)?shù)增大到85%而增大到68.3%，孔隙率隨著接收距離增大到32 cm而增大到82.1%。

3)樣品的拉伸彈性回復(fù)率與PBE質(zhì)量分?jǐn)?shù)呈現(xiàn)正相關(guān)關(guān)系。當(dāng)PBE質(zhì)量分?jǐn)?shù)為85%時(shí)，樣品的縱、橫向拉伸彈性回復(fù)率分別為81.8%和79.1%。

4)隨PBE質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增大和模頭溫度的提高，過(guò)濾效率、過(guò)濾阻力和靜水壓都呈現(xiàn)增大趨勢(shì)。85%的PBE添加量使得過(guò)濾效率增大了約1.8倍，靜水壓增大到4 699.6 Pa。這意味著PBE對(duì)PP熔噴非織造材料的彈性、氣固過(guò)濾和液體阻隔特性的增強(qiáng)是有幫助的。