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摘要：通过静电纺丝技术制备PVDF纳米纤维膜，通过实验对比静电喷胶工艺明显优于手工涂胶，PVDF纳米纤维膜与织物复合后，其耐静水压可达1.47 kPa，抗湿性为四级，同时对复合织物的机械性能和透气性能影响较小，从而具有良好的防水透气性能。
关键词：静电纺;PVDF纳米纤维膜;静电喷涂
1研究背景
随着近些年科技的发展和研发的投入，防水、保暖又具有良好水蒸气透过性能的功能性材料有了快速发展，从全天候休闲服到军用、医用、建筑等领域，这些防水透气性材料的应用范围在不断扩大。而纳米材料在防水透气性材料中的应用也越来越广，使用纳米纤维制成的仿真及高性能面料[1，2]，其外观上具有逼真效果，性能则接近或超过天然纤维。至今世界上公认的最先进的防水透湿织物仍是层压复合织物[3]，如Gore-Tex 织物，该织物最为核心的技术是其所使用的聚四氟乙烯（PTFE）薄膜[4]，这种薄膜不仅工艺条件要求苛刻，成品价格高，而且长期由美国Gore公司控制着其生产专利，严重阻碍了防水透湿织物的推广。近年来，为了寻求性能优异、价格相对低廉的防水透湿膜，许多研究者做了大量的探索，其中通过电纺丝技术所生产的PVDF纳米纤维膜[5-8]在该领域引起了人们的关注。研究发现，当DMF/Acetone配比为4：6，PVDF质量百分数为12wt%时所制备的纳米纤维膜空隙均匀、防水透气性能较好[9]。PVDF纳米纤维膜的拉伸强度和伸长率随膜厚度增加而增大，而透气率则是减小，其接触角随纤维直径增大而减小。
静电纺丝又称电纺技术，是聚合物流体或熔体在高压电场作用下从喷嘴进行喷射拉伸而获得固体纳米级纤维的纺丝方法[10]。静电喷涂是利用高压静电电场使带负电的涂料微粒沿着电场相反的方向定向运动，并将涂料微粒吸附在工件表面的一种喷涂方法。由喷枪、喷杯以及静电喷涂高压电源等组成。
2试验部分
2.1纺丝液配制
DMF/Acetone配比为4：6，PVDF质量百分数为12 wt%。
2.2纳米纤维膜制备
将一定质量所制备的PVDF溶液注入注射器内，注射器针头内径为0.5 mm，静电纺丝可调电压为0～50 kv，接收距离为10 cm。打开电源，调节滚筒转速后打开电压，开始收集纤维。
2.3复合织物制备
将一定质量百分数的湿气固化胶用静电喷涂的方式喷于涤纶布上，再将聚偏氟乙烯纳米纤维喷到布上，制得相关复合织物;同时，采用人工刮胶的方式将胶水刮在涤纶织物上，再将纳米聚偏氟乙烯纤维喷到布上形成复合织物。
3 结果与讨论
3.1湿气固化胶喷涂工艺选择
静电喷涂的胶在涤纶面料表面呈点状或纤维状分布，而手工涂胶则是在涤纶基布表面形成一层薄膜状物质，同时，静电喷涂方式可有效控制上胶的量，涂胶则难以控制。
普通涤纶布的透气性为340 mm/s左右，静电喷胶后涤纶布的透气性变化不大，为340 mm/s左右，然而，手工涂胶后涤纶布的透气率下降到140 mm/s左右，还不到涂胶前的一半。本文拟采用静电喷胶的方式以使得涤纶布具有更好的透气性能。
胶黏剂的浓度对涤纶织物透气性几乎没有影响，主要是静电喷涂时胶黏剂是以点或纤维的形式喷射在涤纶面料表面，而胶黏剂浓度改变后其胶的形状和分布变化不大，从而对透气性影响减小。
PVDF纤维膜与涤纶布的剥离强力随胶黏剂浓度的增加而不断增大，当胶黏剂浓度达到40 wt%时，由于粘结力大于PVDF纤维膜本身的强度而使得剥离强力无法测量。剥离强力与胶黏剂浓度相关，主要是因为浓度逐渐增大时，单位质量内胶黏剂的含量增多，当溶剂挥发后胶黏剂的含量的多少将直接影响纤维膜与涤纶基布之间的粘合作用。可以看出，静电纺喷胶工艺中，透气率随胶黏剂浓度增大变化不大，但剥离强力越大。综合考虑，选取胶黏剂的浓度为40 %。
3.2PVDF纳米膜复合织物防水性能
纺丝时间越长，聚偏氟乙烯纳米纤维膜与其相关复合织物越厚，其与涤纶复合织物的防水性能越好，耐静水压可达1.46 kPa，抗湿性达4级。
3.3 PVDF纳米膜复合织物透气性能
聚偏氟乙烯膜与其复合织物越厚，透气率越小，但两者之间相差不大，说明复合对透气性能影响不大。但是，厚度对复合织物的透气性能有显著的影响作用，因此，在保证使用性能的同时应尽可能采用较薄的PVDF纤维膜。
4 结论
4.1静电纺纳米PVDF纤维的实验过程中，PVDF的溶解体系中的质量分数、DMF/ACE的体积配比、纤维膜的厚度对纳米PVDF纤维膜的防水性能以及透气性能有着重要的影响。纳米PVDF纤维膜的透气性与纤维膜的厚度成正比關系;在纤维膜表征较优（不出现粘连或者黏连现象）的情况下，纳米PVDF纤维膜的防水性能与PVDF的质量分数成反比，与DMF/ACE的体积配比成正比。
4.2在静电纺丝过程中，纺丝溶液质量分数、DMF/ACE配比分数﹑纺丝电压、对纳米聚偏氟乙烯纤维的形态有重要影响。纺丝距离过短，纺丝液离开喷射嘴后来不及挥发就喷到接收板上，致使纤维易出现粘连现象;纺丝距离过长，纤维丝间叠加不紧密，致使其防水性能较差;纤维直径随纺丝溶液质量分数、DMF/ACE配比分数﹑电压的增加而增大。这是由于聚合物溶液浓度越高，粘度越大，引起射流及形成具有更大拉伸应力的纤维主要有两个因素：表面张力和场强度。通常来说，离开喷嘴后液滴分裂能力与表面张力呈负相关关系;场强度（电压）增大则会形成更大的静电斥力，这是由于：高分子电纺液的射流有更大的表面电荷密度。同时，更高的电场强度使射流获得更大的加速度。这两个因素的存在使得拉伸应变速率更高，也就可以获得纤度更小的纤维。
4.3静电喷涂的胶在涤纶面料表面呈点状或纤维状分布，而手工涂胶则是在涤纶基布表面形成一层薄膜状物质，同时，静电喷涂方式可有效控制上胶的量，涂胶则难以控制。普通涤纶布的透气性为340 mm/s左右，静电喷胶后涤纶布的透气性变化不大，为340 mm/s左右，然而，手工涂胶后涤纶布的透气率下降到140 mm/s左右，还不到涂胶前的一半。因此，静电喷胶工艺明显优于手工涂胶。喷胶时，胶黏剂的浓度对织物透气性没什么影响，但其与基布的剥离强度却随胶黏剂浓度的增加而增大。
4.4PVDF纳米纤维膜与织物复合后，其耐静水压可达1.47 kPa，抗湿性为四级，同时对复合织物的机械性能和透气性能影响较小，从而具有良好的防水透气性能。
参考文献：
[1]陈继红.纳米技术与服装新面料[J]，合成纤维，2003， （4）： 41-44.
[2]刘延波，马营，孙健，等.电纺PVDF/PVDF-HFP 复合纳米纤维膜及其防水透湿性能评价[J]，天津工业大学学报，2014， （12）： 6-10.
[3]郝瑞莉，丁志荣，张琰卿，等. 聚四氟乙烯层压复合织物的制备与工艺优化[J].南通大学学报，2015， 14（1）： 60-64.
[4]马可腾，张丽叶，张雅姣，等. 拒油型聚四氟乙烯微孔薄膜的制备方法[J].塑料，2009，38 （6）： 56-58.
关键词：静电纺;PVDF纳米纤维膜;静电喷涂
1研究背景
随着近些年科技的发展和研发的投入，防水、保暖又具有良好水蒸气透过性能的功能性材料有了快速发展，从全天候休闲服到军用、医用、建筑等领域，这些防水透气性材料的应用范围在不断扩大。而纳米材料在防水透气性材料中的应用也越来越广，使用纳米纤维制成的仿真及高性能面料[1，2]，其外观上具有逼真效果，性能则接近或超过天然纤维。至今世界上公认的最先进的防水透湿织物仍是层压复合织物[3]，如Gore-Tex 织物，该织物最为核心的技术是其所使用的聚四氟乙烯（PTFE）薄膜[4]，这种薄膜不仅工艺条件要求苛刻，成品价格高，而且长期由美国Gore公司控制着其生产专利，严重阻碍了防水透湿织物的推广。近年来，为了寻求性能优异、价格相对低廉的防水透湿膜，许多研究者做了大量的探索，其中通过电纺丝技术所生产的PVDF纳米纤维膜[5-8]在该领域引起了人们的关注。研究发现，当DMF/Acetone配比为4：6，PVDF质量百分数为12wt%时所制备的纳米纤维膜空隙均匀、防水透气性能较好[9]。PVDF纳米纤维膜的拉伸强度和伸长率随膜厚度增加而增大，而透气率则是减小，其接触角随纤维直径增大而减小。
静电纺丝又称电纺技术，是聚合物流体或熔体在高压电场作用下从喷嘴进行喷射拉伸而获得固体纳米级纤维的纺丝方法[10]。静电喷涂是利用高压静电电场使带负电的涂料微粒沿着电场相反的方向定向运动，并将涂料微粒吸附在工件表面的一种喷涂方法。由喷枪、喷杯以及静电喷涂高压电源等组成。
2试验部分
2.1纺丝液配制
DMF/Acetone配比为4：6，PVDF质量百分数为12 wt%。
2.2纳米纤维膜制备
将一定质量所制备的PVDF溶液注入注射器内，注射器针头内径为0.5 mm，静电纺丝可调电压为0～50 kv，接收距离为10 cm。打开电源，调节滚筒转速后打开电压，开始收集纤维。
2.3复合织物制备
将一定质量百分数的湿气固化胶用静电喷涂的方式喷于涤纶布上，再将聚偏氟乙烯纳米纤维喷到布上，制得相关复合织物;同时，采用人工刮胶的方式将胶水刮在涤纶织物上，再将纳米聚偏氟乙烯纤维喷到布上形成复合织物。
3 结果与讨论
3.1湿气固化胶喷涂工艺选择
静电喷涂的胶在涤纶面料表面呈点状或纤维状分布，而手工涂胶则是在涤纶基布表面形成一层薄膜状物质，同时，静电喷涂方式可有效控制上胶的量，涂胶则难以控制。
普通涤纶布的透气性为340 mm/s左右，静电喷胶后涤纶布的透气性变化不大，为340 mm/s左右，然而，手工涂胶后涤纶布的透气率下降到140 mm/s左右，还不到涂胶前的一半。本文拟采用静电喷胶的方式以使得涤纶布具有更好的透气性能。
胶黏剂的浓度对涤纶织物透气性几乎没有影响，主要是静电喷涂时胶黏剂是以点或纤维的形式喷射在涤纶面料表面，而胶黏剂浓度改变后其胶的形状和分布变化不大，从而对透气性影响减小。
PVDF纤维膜与涤纶布的剥离强力随胶黏剂浓度的增加而不断增大，当胶黏剂浓度达到40 wt%时，由于粘结力大于PVDF纤维膜本身的强度而使得剥离强力无法测量。剥离强力与胶黏剂浓度相关，主要是因为浓度逐渐增大时，单位质量内胶黏剂的含量增多，当溶剂挥发后胶黏剂的含量的多少将直接影响纤维膜与涤纶基布之间的粘合作用。可以看出，静电纺喷胶工艺中，透气率随胶黏剂浓度增大变化不大，但剥离强力越大。综合考虑，选取胶黏剂的浓度为40 %。
3.2PVDF纳米膜复合织物防水性能
纺丝时间越长，聚偏氟乙烯纳米纤维膜与其相关复合织物越厚，其与涤纶复合织物的防水性能越好，耐静水压可达1.46 kPa，抗湿性达4级。
3.3 PVDF纳米膜复合织物透气性能
聚偏氟乙烯膜与其复合织物越厚，透气率越小，但两者之间相差不大，说明复合对透气性能影响不大。但是，厚度对复合织物的透气性能有显著的影响作用，因此，在保证使用性能的同时应尽可能采用较薄的PVDF纤维膜。
4 结论
4.1静电纺纳米PVDF纤维的实验过程中，PVDF的溶解体系中的质量分数、DMF/ACE的体积配比、纤维膜的厚度对纳米PVDF纤维膜的防水性能以及透气性能有着重要的影响。纳米PVDF纤维膜的透气性与纤维膜的厚度成正比關系;在纤维膜表征较优（不出现粘连或者黏连现象）的情况下，纳米PVDF纤维膜的防水性能与PVDF的质量分数成反比，与DMF/ACE的体积配比成正比。
4.2在静电纺丝过程中，纺丝溶液质量分数、DMF/ACE配比分数﹑纺丝电压、对纳米聚偏氟乙烯纤维的形态有重要影响。纺丝距离过短，纺丝液离开喷射嘴后来不及挥发就喷到接收板上，致使纤维易出现粘连现象;纺丝距离过长，纤维丝间叠加不紧密，致使其防水性能较差;纤维直径随纺丝溶液质量分数、DMF/ACE配比分数﹑电压的增加而增大。这是由于聚合物溶液浓度越高，粘度越大，引起射流及形成具有更大拉伸应力的纤维主要有两个因素：表面张力和场强度。通常来说，离开喷嘴后液滴分裂能力与表面张力呈负相关关系;场强度（电压）增大则会形成更大的静电斥力，这是由于：高分子电纺液的射流有更大的表面电荷密度。同时，更高的电场强度使射流获得更大的加速度。这两个因素的存在使得拉伸应变速率更高，也就可以获得纤度更小的纤维。
4.3静电喷涂的胶在涤纶面料表面呈点状或纤维状分布，而手工涂胶则是在涤纶基布表面形成一层薄膜状物质，同时，静电喷涂方式可有效控制上胶的量，涂胶则难以控制。普通涤纶布的透气性为340 mm/s左右，静电喷胶后涤纶布的透气性变化不大，为340 mm/s左右，然而，手工涂胶后涤纶布的透气率下降到140 mm/s左右，还不到涂胶前的一半。因此，静电喷胶工艺明显优于手工涂胶。喷胶时，胶黏剂的浓度对织物透气性没什么影响，但其与基布的剥离强度却随胶黏剂浓度的增加而增大。
4.4PVDF纳米纤维膜与织物复合后，其耐静水压可达1.47 kPa，抗湿性为四级，同时对复合织物的机械性能和透气性能影响较小，从而具有良好的防水透气性能。
参考文献：
[1]陈继红.纳米技术与服装新面料[J]，合成纤维，2003， （4）： 41-44.
[2]刘延波，马营，孙健，等.电纺PVDF/PVDF-HFP 复合纳米纤维膜及其防水透湿性能评价[J]，天津工业大学学报，2014， （12）： 6-10.
[3]郝瑞莉，丁志荣，张琰卿，等. 聚四氟乙烯层压复合织物的制备与工艺优化[J].南通大学学报，2015， 14（1）： 60-64.
[4]马可腾，张丽叶，张雅姣，等. 拒油型聚四氟乙烯微孔薄膜的制备方法[J].塑料，2009，38 （6）： 56-58.