在固液分离中熔喷滤芯（立体成型）的结构与性能的研究

摘要

熔喷聚丙烯(PP)滤芯(立体成型)，是近年发展起来的一种新型微孔式过滤介质。随着人民生活水平的提高，人民对环境、饮食、水质的要求也就越来越高，无论是工业废水处理，还是日常生活中的家庭净水，或是工业产品的净化和生活饮品的净化都离不开液体过滤。熔喷PP滤芯(立体成型)作为一种新型的液体过滤材料可广泛的应用于水质过滤当中，因此对滤芯材料和成型工艺研究的必要性也就日益突出。 本研究中根据课题工艺要求，对我们实验室的熔喷设备进行必要的改进。模头组件是聚合物喷丝成网系统的核心部件之一，它的改进将直接影响纤网结构、纤维性能的好坏，模头组件由三部分组成：喷头、气板、和底板三部分。螺杆也是实验的重要部件之一，也进行了改进。由于熔喷滤芯(立体成型)的接收装置比较特殊，在实验阶段把传统的平网成型接收装置改进为立体成型接收装置。 研究中使用哈克流变仪、差动热分析仪、x衍射分析仪对实验用(牌号为Y2600T)的聚丙烯(PP)聚合物进行有关物理性能测试。经分析，本实验用的熔喷PP聚合物为假塑性切力变稀流体，在高温时的非牛顿指数n和1相比相差比较大，因此是典型的非牛顿流体。通过差动热分析仪分析，可以掌握聚合物的熔点性能，了解聚合物的熔点温度是生产熔喷滤芯控制工艺温度的一个重要的参数。通过对熔喷前后材料进行x衍射分析得出，熔喷后非织造熔喷材料的结晶度比熔喷前材料的结晶度要高，是因为聚合物在实验过程中收到高速气流的拉伸作用，从而对纤维材料的结晶度产生影响。 使用实验室自行研制的聚合物纺丝成网设备进行熔喷滤芯(立体成型)加工，通过改变七个熔喷实验工艺参数：螺杆转速、每个过滤层的接收距离(DCD)、每个过滤层的纤网层数来控制熔喷滤芯(立体成型)实验工艺。并且对熔喷纤网的结构性能进行分析，如：纤维细度、纤网的密度、孔隙率、以及孔径值，来为更好的分析熔喷滤芯(立体成型)的性能提供依据。研究表明，在接收距离不变的情况下，随着螺杆转速的增加，熔喷纤网的孔隙率、纤维的细度、纤网的孔径值均增加，而纤网的密度却随之减小；在螺杆转速不变的情况下，随着接收距离的增加，熔喷纤网的孔隙率、孔径值随着增加，而纤维的细度、纤网的密度却随之减小，纤维细度的减小幅度在本实验的接收距离范围内表现得很细微。根据多因子实验分析方法得到：每个过滤层的纤网层数在实验的分析范围内变化，对实验的结果如：通量、浊度效率、压降一流量等性能的影响不大；而每个过滤层的接收距离的变化会对每个过滤层的密度和孔径值产生影响，因此对实验的结果如：通量、浊度效率、压降～流量等性能有很大的影响；螺杆转速的变化很大程度上影响纤维的细度变化，因此对实验的结果也有很大的影响。 通过多因子的直观分析以及方差分析，得出最佳的实验工艺参数为：精滤层的接受距离：260mm、精滤层的纤网层数：4、中滤层的接受距离：290mm、中滤层的纤网层数：16、粗滤层的接受距离：400mm、粗滤层的纤网层数：6、螺杆转速：7.0rpm。并对其进行实验验证。 对Shambaugh给出的气流拉伸模型进行研究，发现在shammbaugh模型中其将熔体视为牛顿流体来进行考虑，但是在本文熔喷滤芯研究过程中，采用的PP聚合物的牛顿指数是一个和1相差很大的数值，因此论文中对Shinnbaugh的气流拉伸模型进行了改进。通过对熔喷滤芯的过滤机理分析，发现熔喷滤芯的过滤机理并不是一种单纯的机理起到作用，而是多种过滤机理同时对熔喷滤芯过滤产生作用，但是起主导作用的是拦截机理；在滤芯的过滤类型中也不是一种单纯的过滤类型在起作用，而是多种过滤类型共同起到作用，但是起主导作用的是深层过滤。

目录

文摘

英文文摘

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第一章前言

第二章实验系统的改进以及实验测试方法

第三章熔喷滤芯材料性能的研究

第四章熔喷滤芯PP聚合物成网工艺与性能研究

第五章PP熔喷滤芯的结构与性能的研究

第一节PP熔喷滤芯的实验方案确定

第二节PP熔喷滤芯结构与性能分析

第三节熔喷滤芯的过滤机理的研究

第四节本章小节

参考文献：

第六章结论

致谢

攻读学位期间发表的学术论文：