纳米SiO2填充改性聚四氟乙烯摩擦带电混合滤料的制备技术与性能研究

摘要

摩擦起电效应被广泛应用于空气净化领域以提高过滤材料的过滤效果。经证明，熔喷材料以摩擦起电的方式带电后，其过滤性能可优于驻极带电方式。现今大部分空气净化材料都是一种聚合物纤维通过熔喷或针刺的方式制得，静电驻极后可提高过滤性能，但过滤材料的使用寿命会因电荷的不断耗散而受限。聚四氟乙烯（PTFE）因其摩擦系数低、体积比电阻高、拒水性好，有助于电荷的长期储存，可有效延长空气净化材料的工作寿命，所以PTFE是制备高效混合纤维滤料的理想材料。
　　为制备高效低阻的过滤材料，本文通过填充纳米SiO2对PTFE树脂改性，制备改性PTFE纤维，在保持PTFE高电阻的前提下，提高纤维的表面粗糙程度，进而增强其摩擦起电效果。
　　本文的主要研究内容：
　　（1）探索PTFE复合材料如改性PTFE纤维的制备工艺，PTFE纤维和合成、天然纤维混合制备针刺过滤材料的方法；
　　（2）对比分析填充改性对于 PTFE材料摩擦起电性能的影响，结合扫描电子显微镜（SEM）研究PTFE材料的摩擦磨损机理；
　　（3）由 PTFE混合针刺滤料的过滤性能分析摩擦起电在过滤中的作用， PTFE的填充改性和填充改性的比例对于混合针刺滤料过滤性能的影响。
　　试验结果表明：
　　（1）在5种副磨料（聚酰胺、棉、聚苯硫醚、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚丙烯针刺材料）中，纯PTFE膜与PA针刺材料摩擦后的电荷面密度最大。当摩擦因素中摩擦循环数达到70、压力达到7.7N、速度达到5.2m/min且接触面积为28.5cm2时，纯PTFE膜与副磨料相对摩擦后的电荷面密度都会趋于最大；
　　(2）随着SiO2含量的增加，改性PTFE膜的摩擦起电性能有提高的趋势，尤其是填充改性比例为3.0wt％时，改性PTFE膜的摩擦起电性能明显提高，相对纯PTFE膜在更轻微的摩擦条件下即可产生更多的电荷；
　　（3）纯 PTFE混合针刺滤料的过滤性能总体上随着 PTFE含量的增加而提高，且在PTFE含量为40wt%或50wt%时达到最大，PTFE含量继续提高时则有降低的趋势，50wt%PP/50wt%PTFE复合针刺滤料的综合过滤性能最优；
　　（4）改性 PTFE混合针刺滤料的过滤性能随 PTFE填充改性比例的增加而有提高的趋势，尤其是填充改性比例为3.0wt%时，混合滤料的过滤性能相对纯PTFE混合针刺滤料提高的更为明显。

目录

声明

第一章 绪论

1.1引言

1.2 PTFE材料的带电机理研究

1.3 PTFE材料的特征

1.4 PTFE成品的制备

1.5 PTFE的改性方法

1.6 课题意义和内容

第二章 试验部分

2.1试验原料与仪器

2.2 试样制备

2.3 性能测试

第三章 纯PTFE膜的摩擦起电性能研究

3.1 摩擦因素对纯PTFE膜摩擦起电性能的影响

3.2 不同压力下纯PTFE膜摩擦后的微观形貌

3.3 分子量对纯PTFE膜摩擦起电性能的影响

3.4 摩擦因素对于纯PTFE膜的摩擦起电性能的影响程度

3.5 本章小结

第四章 纳米SiO2填充改性PTFE材料的性能研究

4.1 改性PTFE材料的基本性能

4.2 填充改性对于PTFE膜摩擦磨损性能的影响

4.3 填充改性对于PTFE膜摩擦起电性能的影响

4.4 改性PTFE材料的耐腐蚀性分析

4.5 本章小结

第五章 PTFE摩擦带电混合滤料的过滤性能研究

5.1 纤维过滤材料过滤机理分析

5.2 纯PTFE混合针刺滤料过滤性能的研究

5.3 制备环境相对湿度对纯PTFE混合针刺滤料过滤性能的影响

5.4 改性PTFE混合针刺滤料过滤性能的研究

5.5 本章小结

第六章 结论与展望

6.1 结论

6.2 展望

参考文献

攻读学位期间的研究成果目录

致谢