基于微量串珠纤维制备的复合滤料及其综合性能研究

发布时间：2020-09-27 21:56

　　 21世纪以来,我国经济蓬勃发展,但与此同时,环境污染的问题越来越严重,尤其是空气污染的问题,已经极大程度影响了人们的交通出行和生理健康,为了人们的身心健康发展,开发新型个人防护材料迫在眉睫。静电纺丝纳米纤维直径普遍能达到纳米级,对空气中微小颗粒起到良好的过滤吸附效果,为新型空气过滤材料的研发提供了一条崭新的思路,但也普遍存在着过滤阻力较大、透气性不佳等问题,带来诸多弊端。本课题基于静电纺丝技术,制备了微量串珠纤维复合滤料,并对复合结构的设计,纤维形貌及滤料综合性能展开研究。(1)从结构组成角度出发,对复合滤料的结构进行了分析。从纤维材料的实验原料的选用出发,确定采用PVDF(聚偏氟乙烯)作为纤维层原材料和PET(涤纶)无纺布作为其他层组分。根据总体设计原则和工作原理,选择组合工艺方法作为复合结构的成型方法,确立了“无纺布—纳米纤维—无纺布”的复合结构,并对制备原理和工艺进行了描述。(2)采用控制变量法和正交试验法相结合的方法,进行工艺实验并系统优化了影响静电纺丝PVDF微量串珠形貌的纺丝参数。在单因素实验中,发现纺丝液质量分数,纺丝电压和纺丝距离都会对纤维形貌产生一定的影响,影响纤维的粗细、均匀度及附着于纤维上的串珠数量,在此基础上进一步设计了正交试验,对各工艺因素进行更深层次的分析。实验表明,各工艺因素对静电纺PVDF微量串珠纤维形貌分别具有不同程度的影响作用,其中纺丝质量分数影响程度最大,纺丝电压和纺丝距离的影响程度依次排列在后。同时,在给定实验条件下,制备PVDF微量串珠纤维膜的工艺最优水平组合为:纺丝液质量分数20%,纺丝电压38kV和纺丝距离25cm。(3)实验并分析微量串珠纤维复合滤料的综合性能。首先对过滤性能和压力降进行了分析,发现在低风速的情况下,纺丝时间短的复合滤料过滤性能较好,而随着风速增大,各复合滤料过滤性能渐趋相同,而压力降与滤料纺丝时间正相关,且上升幅度越来越大。因此,需要进一步综合考虑复合过滤材料的其他性能以找到最佳值或更合适的取值范围。其次,进行孔径分布、孔隙率及透气性的分析,发现整个微量串珠纤维层的平均孔径与纺丝时间为负相关的关系,而整体纤维膜的孔隙率与纺丝时间为正相关的关系,且上升趋势变得越来越慢。而透气量与纺丝时间则为负相关的关系。最后分析热稳定性,确定PVDF微量串珠复合滤料在250℃以下可以正常使用,具备良好的热稳定性。
【学位单位】：广东工业大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：X51;TB332
【部分图文】：

空气污染,情况

第一章绪论言三十多年来，随着全球工业化和城镇化的快速发展，环境污染已经成一大生活难题，而其中空气污染对人类的威胁更是日益严重，对人们成极大困扰（如图 1-1），已经引起了广泛关注，“雾霾”，“PM2.5”，“为人们无法回避的重要民生话题。空气污染已成为威胁人类健康的严在一些一线城市造成的影响越来越严重，这主要有以下两个主要原因些粉尘颗粒会经呼吸进入人体肺泡，从而进入人的血液循环中，对人害，另一方面，由于这些颗粒物尺寸极小，进入空气中易于其他物质存在于空气中，造成空气质量和可见度严重下降，带来雾霾天气，从通两方面对人类造成巨大威胁。

布朗扩散,重力沉降,惯性,颗粒

它们分别为：拦截效应，惯性沉积，布朗扩散，重力沉降和静电效应[12]（如图1-2，1-3 所示）。（1）拦截效应。纤维在过滤材料中是无规律随机排列的，在纤维周围是空气气流的的小颗粒物，这些颗粒物的中心轨迹以纤维为中心呈流线型分布，这被定义为极限轨迹。由于滤料纤维与微粒间存在分子间作用力，当过滤材料过滤气体时，滤料的纤维就可以把气体中的处于运动状态的微粒截留下来。（2）惯性沉积。由于纤维在滤料中是呈无规律随机排列的，其分布非常复杂，气流中的微小颗粒非常容易在气流产生反转运动时，由于惯性作用脱离出来，继而沉积到滤料上。此外，颗粒物粒径越大，受到的惯性作用越大，便更易于被滤料捕捉，滤料的过滤效果便越好。（3）布朗扩散。布朗运动主要针对粒径在 0.1μm 之内的颗粒物，这种规格的颗粒物会发生无规则布朗运动，并且粒径越小，则布朗运动越剧烈。研究表明，当处于正常温度时，粒径为 0.1μm 的微粒其扩散速度高达每秒钟 171μm，这个距离要远远高于纤维间的平均距离，因此这有利于微粒沉积于滤料上[13]。由于布朗运动主要发生在粒径在 0.1μm 之内的颗粒物之间，所以当粒径不超过 0.1μm 时，粒径越小的颗粒物一般更容易被过滤；而惯性运动主要发生在粒径超过 0.5μm 的颗粒物之间

镜像力,静电力,颗粒,布朗扩散

；二是使相较于其他微粒捕集方式，可以更牢固的固定住颗粒物的过滤阻力，使滤料整体具备更好的过滤性能。图 1-2 通过拦截作用、惯性沉积、布朗扩散和重力沉降对颗粒进行捕获1-2 Capture of particles by interception, inertial deposition, Brownian diffusion, adeposition

【相似文献】