纳米纤维膜在高效空气过滤和碳纤维复合材料层间增韧中的应用研究

发布时间：2017-07-19 23:17

  本文关键词：纳米纤维膜在高效空气过滤和碳纤维复合材料层间增韧中的应用研究

  更多相关文章： 静电纺丝 纳米纤维膜 空气过滤 层间增韧 大豆蛋白 聚醚酰亚胺

【摘要】：静电纺丝技术是一种清洁、高效的制备聚合物纳米纤维膜的技术方法。通过静电纺丝技术制备的纳米纤维膜具有高孔隙率、高长径比、直径分布均匀等特点,在生物医疗、传感器、过滤阻隔材料、增强材料等领域具有广阔的应用前景。本文基于静电纺丝技术制备纳米纤维膜,在结构材料和功能材料两个领域进行了应用基础研究。通过对不同聚合物纺丝工艺的探索,得到大豆蛋白(SPI)/聚乙烯醇(PVA)复合纳米纤维膜和聚醚酰亚胺(PEI)纳米纤维,分别进行了高效空气过滤和碳纤维复合材料层间增韧方面的应用探索。工业化进程中的空气污染问题日益严重,PM2.5颗粒小,危害大,进入人体后对人的呼吸系统、免疫系统产生严重危害。本文中通过静电纺丝法制备SPI/PVA复合纳米纤维膜,对其表面化学性质、空气过滤性能、降解性能和抗菌性能进行了研究。该复合纳米纤维膜对于PM2.5的过滤效率可达到99.99%,空气阻力小于267Pa,对大肠杆菌具有一定的抑菌作用,并且具备生物可降解性。碳纤维层压复合材料在受力过程中会出现层间裂纹并且导致材料的失效破坏。本文选择高性能工程塑料—聚醚酰亚胺(PEI)为层间增韧聚合物,通过优化的静电纺丝技术参数制备了PEI纳米纤维膜。将PEI纳米纤维膜置于碳纤维复合材料层间,在固化过程中发生“原位”相分离,形成沿原纳米纤维方向无规有序排列的PEI微球,实现层间增韧的目的。当PEI纳米纤维膜面密度为4.2mg/cm2时,复合材料层压板的Gic和GⅡC分别提高了46.7%和32.8%。
【关键词】：静电纺丝 纳米纤维膜 空气过滤 层间增韧 大豆蛋白 聚醚酰亚胺
【学位授予单位】：北京化工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TQ340.64;TB332
【目录】：

• 摘要4-6
• ABSTRACT6-14
• 符号说明14-15
• 第一章 绪论15-29
• 1.1 纳米纤维简介15
• 1.2 静电纺丝15-19
• 1.2.1 静电纺丝的原理与装置16-17
• 1.2.2 静电纺丝的工艺参数17
• 1.2.3 静电纺丝纳米纤维的应用17-19
• 1.3 高效空气过滤膜19-21
• 1.3.1 PM2.5简介及其危害19-20
• 1.3.2 高效空气过滤膜的发展历程20
• 1.3.3 高效空气过滤膜对不同微粒的过滤机理20-21
• 1.4 碳纤维/环氧树脂复合材料的层间增韧21-25
• 1.4.1 碳纤维/环氧树脂复合材料及其应用21-22
• 1.4.2 碳纤维/环氧树脂复合材料的层间增韧方法22-25
• 1.4.2.1 层间胶膜增韧23
• 1.4.2.2 层间颗粒增韧23-25
• 1.4.2.3 层间纳米纤维增韧25
• 1.5 论文选题的目的、意义、创新点和主要研究内容25-29
• 1.5.1 论文选题的背景、目的和意义25-26
• 1.5.2 主要创新点26-27
• 1.5.3 主要研究内容27-29
• 第二章 SPI/PVA纳米纤维膜在高效空气过滤膜中的应用29-51
• 2.1 引言29
• 2.2 实验部分29-33
• 2.2.1 实验设备29-30
• 2.2.2 实验原料30-31
• 2.2.3 SPI/PVA纺丝液的制备31
• 2.2.4 静电纺丝制备SPI/PVA纳米纤维膜31
• 2.2.5 分析测试方法31-33
• 2.3 结果与讨论33-49
• 2.3.1 SPI/PVA纳米纤维膜的形态和结构33-37
• 2.3.2 SPI/PVA纳米纤维膜的化学状态37-40
• 2.3.3 SPI/PVA纳米纤维膜的的结晶状态40-41
• 2.3.4 SPI/PVA纳米纤维膜的力学性能41-42
• 2.3.5 SPI/PVA纳米纤维膜的过滤效率42-47
• 2.3.6 SPI/PVA纳米纤维膜的抗菌性能47-48
• 2.3.7 SPI/PVA纳米纤维膜的降解性能48-49
• 2.4 本章小结49-51
• 第三章 PEI纳米纤维膜在碳纤维复合材料层间增韧中的应用51-65
• 3.1 引言51
• 3.2 实验部分51-56
• 3.2.1 实验设备51-52
• 3.2.2 实验原料52
• 3.2.3 PEI纺丝液的制备52
• 3.2.4 PEI纳米纤维膜的制备52-53
• 3.2.5 PEI纳米纤维膜增韧T700碳纤维复合材料层压板的制备53
• 3.2.6 分析测试方法53-56
• 3.3 结果与讨论56-63
• 3.3.1 PEI纳米纤维膜的微观形态与纺丝工艺探索56-57
• 3.3.2 PEI纳米纤维膜的化学状态57-58
• 3.3.3 PEI纳米纤维膜的组成成分58-60
• 3.3.4 碳纤维复合材料层压板的弯曲性能60
• 3.3.5 碳纤维复合材料层压板的层间剪切性能60-61
• 3.3.6 碳纤维复合材料层压板的Ⅰ、Ⅱ型层间断裂韧性61-62
• 3.3.7 碳纤维/环氧树脂复合材料层压板的微观形貌62-63
• 3.4 本章小结63-65
• 第四章 结论65-67
• 参考文献67-73
• 致谢73-75
• 研究成果及发表的学术论文75-77
• 作者和导师简介77-79
• 附件79-80

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