论文部分内容阅读
熔体静电纺丝技术作为一种不使用溶剂的超细纤维绿色制备工艺,能够制备纤维直径小、比表面积大、孔隙率高的连续纳米纤维,在空气过滤领域拥有广阔的应用前景。为了缓解纤维空气滤材研究中过滤阻力和过滤效率之间的矛盾,本论文充分发挥熔体微分静电纺丝技术的优势,首先通过制备高效空气滤膜,集成纳米纤维连续均匀和低流通阻力的优势,增强纤维的机械捕获作用而提高过滤效率;其次制备驻极空气滤膜,通过添加无机纳米颗粒提高纤维带电能力,从而增强静电吸附作用,在提高过滤效率的同时大幅降阻,并且通过探究具有低阻特性的多级孔径结构形式来进一步改善纳米纤维膜的空气过滤性能。本论文重点围绕以下四个方面进行研究,主要内容如下:(1)制备了熔体微分电纺纳米纤维高效空气滤膜。采用熔体微分静电纺丝技术制备PLA/ATBC空气滤膜,通过加入增塑剂ATBC有效改善PLA的柔韧性,有利于解决纯PLA脆性较高、韧性较差难以抵抗气流的阻力而限制其在空气过滤应用的问题。ATBC质量分数为10%时空气滤膜孔隙率最大,纤维平均直径为0.42μm,过滤效率最高达99.95%,达到欧标EN779中高效滤膜的过滤等级H13。(2)研究了同等级别过滤效率下,获得过滤阻力较低的空气滤膜的结构形式。以添加10%质量分数增塑剂ATBC的聚乳酸PLA为原料,用熔体静电纺丝技术制备了纤维填充密度不同的多级结构空气滤材。结果表明,孔径分布不同的多级结构空气滤材具有低阻特性,采用孔径递增的纤维滤材内部不同纤维孔径的纤维膜构成一个倒金字塔状,在发挥了每层过滤作用的同时,降低了滤材的过滤阻力。(3)提出熔体微分静电纺丝法结合驻极技术的方法,制备了聚丙烯复合驻极滤膜,缓解了空气滤膜存在过滤效率和过滤阻力之间的矛盾。结果表明:由于纤维带同种电荷相互排斥使得纤维呈开放型疏松结构,纤维形态出现轻微隆起,有效降低过滤阻力;添加电气石有效提高熔体静电纺空气滤膜的荷电能力,静电效应显著。在保证空气过滤效率的前提下,极大的降低了空气过滤阻力。(4)设计了防霾窗纱和空气净化加湿一体机,采用熔体微分静电纺纤维膜作为两款过滤装置的过滤膜,从而加快熔体微分静电纺丝技术转化成实际应用的速率。综上,本论文采用不使用溶剂的超细纤维绿色制备工艺,即熔体微分静电纺丝技术,制备了熔体微分电纺纳米纤维高效空气滤膜,达到欧标EN779中高效滤膜的过滤等级H13;探究了纤维填充密度不同的多级结构空气滤材中孔径递增的纤维滤材具有低阻特性;提出熔体微分静电纺丝法结合驻极技术的方法,制备了熔体微分空气复合驻极滤膜。该研究缓解了纤维空气滤材设计中过滤阻力和过滤效率之间的矛盾,为实现绿色环保、高效低阻的空气滤材设计目标提供了重要途径。