近年来,随着雾霾、PM2.5等与空气质量相关的词汇被人们所熟知,呼吸到洁净的空气,已成为人们的迫切需要。利用空气净化器、口罩等相关过滤器材是实现这一目标的最直接和最有效的方法。因而,具有低阻力、高过滤效率的空气过滤材料越来越受到了人们的关注,市场需求越来越大。传统的空气过滤材料主要是依靠惯性沉积、重力沉积、布朗扩散等机械阻挡作用,实现空气过滤的目的。为过滤粒径小于1μm的微粒,就需要提高材料的致密度,由此带来的高阻力会影响口罩佩戴时的舒适度,对空气净化器的影响则是高能耗。寻找具有低流阻、高效率的新型过滤材料,已成为当务之急。驻极体空气过滤材料应运而生。驻极体是指能长期存储空间电荷和偶极电荷的电介质材料。以熔喷聚丙烯非织造材料为代表的驻极体空气过滤材料除了机械过滤机理外,还具有特殊的静电过滤机理,可利用存在于纤维中的电荷所产生电场的静电吸附作用实现对粉尘的拦截。另外,由于静电场还能刺激细菌蛋白质变异、损伤其细胞质及细胞膜、破坏细菌表面结构,从而能够杀灭细菌。正是由于熔喷聚丙烯驻极体过滤材料所具有的高效、低阻、灭菌多功能使其成为了医用防护口罩的首选材料,并在医疗设施洁净及公共场所洁净等领域得到了广泛的应用。材料的驻极体电荷储存性能是决定材料能否被广泛应用的关键。课题组在前期工作中提出了“界面陷阱理论”,即在电荷在晶粒的两个端面上积聚、结晶区与结晶区及结晶区与非结晶区之间产生的界面极化是聚丙烯等聚合物中驻极体电荷存储的主要机制。基于这一理论,本论文从熔喷聚丙烯非织造材料的晶相结构调控入手,研究了材料的电荷储存性能与晶相结构的相关性,取得的主要研究成果如下:(1)在微型熔喷试验机上制备得到了拟六方晶型的熔喷聚丙烯非织造材料,通过120℃温度下的热处理,实现了材料由拟六方晶型向α晶型的转变,采用X射线衍射技术分析了材料的晶相结构。采用电晕注极方法形成驻极体。基于材料荷电性能与过滤效率的相关性,通过测定过滤效率稳定性变化,研究了拟六方晶型和α晶型的电荷存储稳定性,并利用热刺激放电技术研究了其电荷存储的陷阱深度。结果表明,α晶型材料的电荷储存稳定性好于拟六方晶型,α晶型材料的电荷脱阱温度为125℃,拟六方晶型的电荷脱阱温度为85℃。α晶型材料的结晶度和晶粒尺寸比拟六方晶型大。电荷存储稳定性与晶相结构的相关性对比结果表明,α晶型材料的电荷存储稳定性的提高,源于其结晶度增加、晶粒尺寸增大。(2)通过控制老化温度,设计制备了拟六方晶型和α晶型共存的熔喷聚丙烯非织造混合晶材料。采用X射线衍射及相关分析技术,获得了混合晶驻极体中,拟六方晶型和α晶型的比例。实验结果表明,拟六方晶型不稳定,在加热条件下易向α晶型转变,且转变速率随温度的增加而增加。对在60℃、90℃、120℃温度下、经一定时间处理后再进行电晕注极的材料的热刺激放电实验结果表明,电荷脱阱温度随处理温度的增加而增加,随处理时间的增加向高温区移动。对比晶相结构测试结果可以得出,这些变化与材料中α晶型的比例增加密切相关。(3)针对母料熔体指数对聚丙烯结晶性能有较大影响,在微型熔喷试验机上设计制备了熔体指数为1200g/10min和1500g/10min的两种聚丙烯母料的熔喷驻极体非织造材料。对所获材料的晶相结构的测试结果表明,相比于熔体指数为1200g/10min的材料,熔体指数为1500g/10min材料的结晶度更高,α晶型比例较低,晶粒尺寸相差不大。将上述材料通过电晕注极形成驻极体后,对其过滤性能和热刺激放电实验研究表明,材料的电荷储存能力更强,但陷阱温度没有变化。这一结果再一次表明,材料的电荷储存能力与影响与α晶型的浓度密切相关。α晶型比例大,电荷存储能力强。(4)为研究助剂对熔喷聚丙烯非织造材料的结晶性能和电荷存储性能的影响,在微型熔喷试验机上设计制备了掺入硬脂酸盐浓度为0%、0.5%、5%的熔喷聚丙烯非织造材料,并通过电晕注极形成驻极体材料。对上述三种材料进行的晶相结构和电荷储存能力测试分析表明,掺入硬脂酸盐能提高材料的结晶度、α晶相比例和晶粒尺寸,电荷储存性能也有所提高;掺入硬脂酸盐的浓度越大,效果越明显。未掺杂时,当浓度达到5%时,所获材料的结晶度、α晶相比例和晶粒尺寸分别为35.5%、25.89%、4.13nm,掺杂后提高到37.02%、35.75%、4.92nm,过滤效率也从92%提高到95%。