摘要
纳米纤维防水透湿膜是多层结构消防服中防水透湿层的核心，具有能让水蒸气和空气自由通过而阻碍液态水滴通过的防水透湿性能，因此能够调节人体的微环境，提高使用者的穿着舒适性，使得消防服的防护功能和热湿舒适性达到统一。另一方面，由于纳米纤维直径接近辐射波长而具有特殊的光学性能，因此纳米纤维材料是一种良好的隔热保温材料。对于纳米纤维隔热材料的传热机理而言，目前的研究表明其主要包括三部分：纤维材料本身的传热、纤维材料内部空气组成的导热和以电磁波形式传播的辐射热。其中辐射传热量在整个热量传递过程中占较大比重，所以对于消防服而言，提高其纳米纤维防水透湿膜的热辐射防护性能是提高其热防护性能的有效途径。因此，开发具有热辐射防护功能和防水透湿功能的防水透湿膜对于新一代高性能多层结构消防服显得十分必要。 静电纺丝技术是目前制备纳米纤维的最好方法之一，制备的纳米纤维具有三维空间网状结构，以及比表面积大、直径小、孔隙率高等优点，可以用于制备同时具有高防护性和高舒适性的多功能化防水透湿膜，同时静电纺丝技术还具有价格低廉、设备简单、操作方便、易于功能整理相结合等技术优点。但是静电纺纳米纤维在和消防服防水透湿领域相结合的过程中依然还存在诸如纳米纤维膜强力差、耐水压和透湿性相互矛盾等问题，因此本课题主要将围绕静电纺纳米纤维膜的工艺优化、机械强力差、热辐射防护性能、防水透湿性能等问题进行研究。首先采用响应面分析法对静电纺丝工艺进行优化，然后通过引入石墨烯、遮光剂等方法对纳米纤维膜强力、热辐射防护性能、防水透湿性能进行研究，并在以下几个方面取得一定的进展： （1）采用单因素实验和响应面分析法对静电纺丝技术工艺参数进行优化，得出最佳纺丝工艺为纺液浓度为18%，电压21.06KV，纺距15.8cm及进液速度为0.6mL/h时。最后对优化后的工艺进行验证，实验测试与模型预测值相差不大，再结合方差分析，发现所建立的模型与实际值之间有很好的吻合性。因此，采用响应面分析法优化后的纺丝工艺优化是可行的。 （2）针对纯PVDF纳米纤维膜强力差的问题，采用具有高长径比、高强度、高刚度及高导电率等优异性能的石墨烯为添加剂，制备石墨烯/PVDF纳米纤维复合膜。发现复合膜的纳米纤维直径大于纯PVDF的，同时发现石墨烯在PVDF基体中以4种形态存在，包括包裹、搭接、黏附和伸展等四种形态。同时发现复合膜的热稳定性和热辐射防护性（RPP）不如纯PVDF膜，且随着石墨烯含量增加RPP值不断下降，在力学性能方面，石墨烯/PVDF纳米纤维复合膜的拉伸强度和断裂伸长率都比纯PVDF膜的要好，纯PVDF纳米纤维膜断裂强度为6.7MPa，断裂伸长率为8.3%，而复合膜的断裂强度为13.2～19.8MPa，断裂伸长率为9.1～17.9%。 （3）为提高纳米纤维膜的热辐射遮挡效率以硝酸银为遮光剂，通过一步还原法，将还原后的纳米银粒子加入PVDF纺丝液中能制备出Ag/PVDF复合膜。发现纳米银粒子在复合膜纳米纤维表面形成一层均匀的稀疏多孔的凸起复合结构，复合膜热稳定性有小幅度的下降，但是其热辐射防护性能得到显著提高，其RPP值由纯PVDF膜的162.57提高到硝酸银为0.5wt%时的304.31。在力学性能方面，随着纳米银粒子含量的增加，复合膜的拉伸强度下降，而断裂伸长率增加，说明复合膜的强度出现下降，但其柔韧性增加了，复合膜的断裂强度为1.4～2.7MPa，断裂伸长率为29.1～63.2%。 （4）为提高纳米纤维膜在消防服领域的实际应用价值以石墨烯和多种遮光剂（Ag、TiO2、Al2O3）为添加物制备了石墨烯/遮光剂@PVDF纳米纤维复合膜，发现遮光剂粒子会在复合膜纳米纤维表面形成一层均匀的稀疏多孔的突起复合结构，其中氧化铝和二氧化钛复合膜的受热裂解温度会下降，但是其热裂解以后的质量保留率高于纯PVDF膜，而Ag粒子复合膜的受热裂解温度与PVDF膜基本保持不变。另一方面石墨烯/遮光剂@PVDF纳米纤维复合膜的热辐射防护性能（RPP）和力学性能都优于纯PVDF膜，说明通过石墨烯和遮光剂能有效提高PVDF静电纺纳米纤维膜在消防服领域的应用价值。
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