纳米纤维薄膜对3D打印微粒排放物捕捉与过滤的应用研究

发布时间：2020-04-08 10:06

【摘要】：随着熔融沉积造型(FDM)3D打印技术应用的不断发展,大众创业、万众创新,3D打印机已走入医疗、家庭等生活场景。而3D打印过程中排放出的微细颗粒物是雾霾(PM2.5)源之一,严重影响着人们的身体健康,而目前对3D打印微粒排放物的研究还比较少。本文利用静电纺丝技术制备纳米纤维薄膜,对3D打印过程中产生的微细颗粒形成过程和纳米纤维的过滤效果进行了实验研究和讨论。1、基于静电纺丝技术制备纳米纤维薄膜,设计实验方案并搭建实验平台,验证了聚己内酯(PCL)纳米纤维薄膜捕获FDM 3D打印所释放的PM 2.5颗粒的可行性,并在不同的测试环境下研究了 3D打印排放物的产生和聚集过程。实验结果表明:(1)PCL纳米纤维薄膜能够有效捕获3D打印排放物;(2)相对湿度对颗粒的捕获和聚集起到积极的作用;(3)3D打印排放物的产生和聚集分为四个阶段:PM2.5浓度和粒径增大缓慢(第一阶段),小颗粒不断产生,浓度迅速增加(第二阶段),小颗粒聚集成更大的颗粒,浓度增长减慢(第三阶段),PM2.5浓度和颗粒聚集体的尺寸迅速增加(第四阶段);(4)讨论了“建筑单元”的微粒充当聚集颗粒的基本原理。2、通过正交实验法,获得不同纤维直径的静电纺丝制备工艺参数,研究了不同直径的聚丙烯腈(PAN)纳米纤维薄膜对不同粒径颗粒物的过滤效果,最后将最优过滤效果的薄膜应用于3D打印过程中。实验结果表明:(1)通过静电纺丝工艺参数的调整,可以有效将纳米纤维的直径控制在80mn～260nm之间;(2)较细的PAN纳米纤维薄膜对不同粒径颗粒物的整体过滤效果有较大提升;(3)较细的PAN纳米纤维薄膜对细颗粒的过滤效率有显著提升;(4)将最佳过滤效果的PAN纳米纤维薄膜用于实际3D打印过程中,过滤效率可达到80%左右,过滤效果十分明显。本文所取得的上述研究成果,拓展了纳米纤维薄膜在3D打印中的应用,率先提出了一种3D打印排放物捕捉、过滤的可行有效的研究手段,极大程度上减轻了室内3D打印中的空气污染物危害。同时,研究成果有利于推广以纳米纤维薄膜为基础的过滤器在3D打印和其他绿色环保事业上的广泛应用。
【图文】：

挥发性有机化合物,超细颗粒,方法,颗粒排放

Ｗｅｎｓｉｎｇ发现高温定影单兀被认为是微粒排放的一个来源［１７］；邋Ｍ产生的颗粒物排放速度和温度的影响［１８］；Ｂｕｏｎａｎｎ成功从更大放率的方法［ｉ９］；邋Ｈｅ和Ｒｉｍ在进行更全面的研究的同时，发现的关系ｔ２（），，２１ｌ；邋Ｕｎｗｉｎ研究了大规模工业挤出设备中热塑性塑料过程中气体和颗粒都被排出［２２］；邋Ｋｉｍ等人评估了来自不同ＦＤ，直径小于ｌＯＯｎｍ的颗粒）和挥发性有机化合物（ＶＯＣ）的排用于细丝打印的原材料ｐ］；邋Ａｚｉｍｉ等人基于各种打印机和热塑ＵＦＰ和ＶＯＣ量化排放率来对颗粒排放进行研究［１Ｑ］；邋Ｓｔｅｐｈｅｎｓ乙烯（ＡＢＳ）和聚乳酸（ＰＬＡ）两种材料，来测量３Ｄ打印机过率的变化［１３］；邋Ｚｈｏｕ等人测量使用ＡＢＳ材料，进行３Ｄ打印时，这些颗粒排放高度集中在较小的尺寸范围的结论［１４］；邋Ｄｅｎｇ等印颗粒排放的影响，结果表明加热过程中就已经触发颗粒物的

静电纺丝,基本原理,挥发性有机化合物,超细颗粒

图１．２静电纺丝基本原理［３０］逡逑
【学位授予单位】：浙江大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：X701;TQ051.893

【参考文献】