PSA纳米纤维复合滤材的制备和性能研究

摘要

随着社会化和工业化的发展，环境污染问题日益严重，尤其是大气污染严重的危害了人类身体健康。目前主要采用聚苯硫醚（PPS）纤维、聚四氟乙烯（PTFE）纤维、芳纶和玻璃纤维等耐高温滤材作为工业过滤器的芯材，这些滤材的市场份额主要受国外企业垄断和控制。
　　但聚砜酰胺（PSA）纤维的出现打破了这一被动的局面，PSA是由我国自主研发的一种高性能纤维，在250℃高温下可以长期工作。纳米纤维以其直径细、比表面积大、孔径小的优点而广泛应用于高效空气过滤领域，所以本文将采用静电纺丝法制备PSA纳米纤维。前人对PSA纳米纤维的研究多集中于纺丝工艺对纤维成形形貌的影响，而环境湿度对纤维成形工艺的影响、PSA纤维形貌与结构对PSA纳米纤维复合滤材过滤性能的影响及PSA纤维与基布的结合性能的关注较少。本课题采用静电纺丝技术，首先以PSA为原料，N,N-二甲基乙酰胺（DMAc）为溶剂，通过调整环境湿度、纺丝液浓度及纺丝工艺参数制备了不同结构和性能的纤维膜；并以PSA无纺布作为纳米纤维膜的支撑层，制备耐高温空气过滤用复合滤材，探讨了热压工艺对PSA纤维膜/基布结合性能与过滤性能的影响。
　　（1） PSA纳米纤维膜纺丝工艺的探讨：采用扫描电子显微镜、单纤强力拉伸仪等对纤维膜的结构形貌和性能进行了表征。研究表明，当环境湿度≤30％时，制备的纤维形貌良好、粗细均匀、纤维分布均匀。优化了纺丝液浓度和纺丝工艺，发现当电压为25 Kv、接收距离为16 cm时，9 wt%-PSA、10 wt%-PSA纤维形貌良好、粗细不匀率较低及纤维膜强度较大。
　　（2）PSA纳米纤维膜结构和性能的研究：采用扫描电子显微镜、单纤强力拉伸仪与综合性能测试台等对纤维膜的结构形貌和应用性能进行了表征。研究了纺丝时间对纤维膜孔隙结构以及过滤性能的影响。研究表明，当纺丝时间≥2h时，制备的PSA纳米纤维膜的孔径大小在0.3μm左右。随着纺丝时间的延长，纤维膜的厚度和面密度逐渐增加，孔隙率先急剧降低，后趋于平缓，在纺丝时间为23 h时达到82%左右。确定了最佳纺丝时间和最佳纺丝液浓度，当纺丝时间为23 h时，9 wt%-PSA纳米纤维膜的性能最优，其过滤效率、过滤压降和质量因数分别为99.958%、792 Mpa和9.81×10-3。
　　（3） PSA纳米纤维膜的复合及性能研究：研究了热压处理及热压温度对纤维膜孔隙结构、复合滤材断面结构和过滤性能的影响。结果表明，热压处理后纤维膜孔隙率由82%减小至69%。当热压温度为120℃时，复合滤材结合性能与过滤性能最佳，过滤效率、过滤压阻和纤维膜质量因数分别为99.963%、941 Mpa、8.40×10-3。

目录

声明

第一章 绪论

1.1 引言

1.2 高温过滤材料种类及发展

1.3 静电纺丝概述及纳米纤维在空气过滤领域的应用

1.4 课题的研究背景及意义

1.5 课题的主要内容及研究方法

第二章 PSA纳米纤维纺丝工艺的研究

2.1 引言

2.2 实验原料与仪器

2.3 实验部分

2.4 结果与讨论

2.5 本章小结

第三章PSA纳米纤维膜结构及其性能的研究

3.1 引言

3.2 实验材料与仪器

3.3 实验部分

3.4 结果与讨论

3.5 本章小结

第四章 纳米纤维膜复合滤材的制备及性能研究

4.1 引言

4.2 实验材料与仪器

4.3 实验部分

4.4 结果与讨论

4.5 本章小结

第五章 结论与展望

5.1 结论

5.2 展望

参考文献

攻读学位期间的学术成果

致谢