静电纺复合纤维膜的结构及其空气过滤性能

摘要

本课题主要对单/多喷头系统静电纺聚砜(PSU)纤维的纺丝状态及工艺进行了探讨，并选用聚丙烯腈(PAN)与聚砜(PSU)复合纺丝制备PSU/PAN粗细纤维嵌套的双组分复合纤维膜，研究了热处理时间对纤维膜的结构与性能的影响，对纤维膜材料的孔隙结构及过滤效果进行了初步的研究与分析。
　　 静电纺丝工艺探索:研究了单喷头系统下PSU纺丝液的质量百分数、电场强度、纺丝线速度等工艺参数对纤维形貌结构的影响。确定单喷头纺丝系统下PSU的静电纺丝工艺条件为:DMF和丙酮的质量比为9∶1的混合溶液作为PSU的溶剂，纺丝液质量百分数20％、电压12kv、纺丝距离14cm、纺丝线速度9.5m/min，然后确定了溶解PAN的溶剂为DMF,纺丝液质量百分数为6％。对比了单喷头系统和多喷头系统下纺丝状态的差异及工艺条件的调整方法，制备了两种组合方式的双组分复合纤维膜:PSU∶PAN∶PSU/1∶1∶1(简称SAS)，PAN∶PSU∶PAN/1∶1∶1(简称ASA)。
　　 热处理时间对纤维膜结构和性能的影响:研究了热处理时间对SAS型与ASA型双组分复合纤维膜的结构和性能的影响，发现热处理后，纤维膜结构变得致密，纤维直径随着加热时间的增加而减小，且下降速率逐渐变缓。SAS型与ASA型双组分复合纤维膜的断裂强度和断裂伸长率随热处理时间先增加后减小，且SAS型力学性能优于ASA型，在热处理时间为60min时，SAS型复合纤维膜的断裂强度和断裂伸长率都达到了最大值，分别为（3.63±0.16）MPa，（57.8±3.9）％。热处理后，纤维膜的孔径及孔隙率增大。
　　 SAS型复合纤维膜的过滤性能:研究了气溶胶流量、纤维膜厚度对纤维膜过滤性能的影响，发现随着流量的增加，过滤阻力线性增加，过滤效率减小。随着厚度的增加过滤效率增大但同时阻力也增加。SAS型复合纤维膜的过滤能力优于PSU纤维膜。

目录

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第一章 绪论

1．1 纤维材料的过滤机理

1．2 静电纺纳米纤维膜在空气过滤中的应用

1．3 静电纺纳米纤维膜存在的问题及改进方法

1．3．1 形态结构缺陷及改进方法

1．3．2 机械性能改进工艺

1．3．3 多喷头纺丝系统提高生产率

1．4 本课题的研究目的和内容

第二章 PSU的单/多喷头静电纺丝状态及工艺

2．1 实验

2．1．1 实验材料

2．1．2 实验仪器

2．1．3 试样制备

2．1．4 纤维形态测试

2．2 实验结果与分析

2．2．1 PSU的单喷头系统静电纺丝工艺

2．2．2 多喷头系统纺丝状态

2．2．3 单喷头与多喷头系统纺丝工艺对比

2．3 本章结论

第三章 PSU/PAN复合纤维膜的制备及热处理

3．1 实验

3．1．1 实验材料

3．1．2 实验仪器

3．1．3 试样制备

3．1．4 热处理

3．1．5 纤维形态测试

3．1．6 纤维膜力学性能测试

3．2 实验结果与分析

3．2．1 PAN纺丝液质量百分数

3．2．2 热处理时间对纤维形态结构的影响

3．2．3 热处理时间对纤维膜力学性能的影响

3．3 本章结论

第四章 纤维膜的孔隙结构与过滤性能

4．1 实验

4．1．1 实验材料

4．1．2 实验仪器

4．1．3 试样制备

4．1．4 热处理

4．1．5 孔径及孔隙率测试

4．1．6 过滤性能测试

4．2 实验结果与分析

4．2．1 热处理对纤维膜孔径及孔隙率的影响

4．2．2 SAS型复合纤维膜的过滤性能

4．3 本章结论

第五章 结论与展望

5．1 PSU的单/多喷头静电纺丝状态及工艺

5．2 PSU/PAN双组分复合纤维膜的制备及热处理

5．3 纤维膜的孔隙结构与过滤性能

5．4 展望

参考文献

攻读学位期间公开发表的论文

致谢