静电纺聚酰亚胺纳米纤维高温过滤材料开发

摘要

随着现代工业的发展，空气雾霾日益严重，对过滤材料的要求越来越高。传统纤维过滤材料虽然已经较为成熟，但其在过滤精度上已远远不能满足人们的要求。近年来，静电纺纳米纤维以其极大的比表面积和孔隙率、极高的过滤精度等优势而得到过滤材料研究者的青睐。
　　由于聚酰亚胺(PI)具有优良的耐高温性能，因而本文对静电纺聚酰亚胺纳米纤维在高温过滤中的应用进行了研究。聚酰亚胺具有很大的刚性，难溶于有机溶剂，因此，本研究尝试利用二步法合成聚酰亚胺，采用单体ODA和单体PMDA合成前驱体聚酰胺酸溶液，并通过后续的热亚胺化反应制备出聚酰亚胺纳米纤维膜。在聚酰胺酸溶液的制备中，本文研究了单体配比、溶液浓度对聚酰胺酸溶液特性粘度和动态流变性能的影响，从而找出了特性粘度高且适合静电纺丝的粘度的条件;同时，本研究也利用可溶性聚酰亚胺直接配制成溶液，并对其动态流变性能进行了研究。
　　通过静电纺丝实验以及后续的参数优化，分别制备了聚酰胺酸（PAA）和可溶性聚酰亚胺纳米纤维膜;并将两种溶液放置到不同针管中进行混纺，再将聚酰胺酸进行热亚胺化，并将这种双组分聚酰亚胺电纺膜进行热轧处理，制备复合增强膜。为了进一步提高聚酰亚胺纳米纤维膜在高温过滤应用的强度，采用聚酰亚胺纤维膜与耐高温纺粘布复合，制备出耐高温复合非织造过滤材料。
　　对静电纺丝得到的聚酰胺酸纤维通过热处理成功转化成了聚酰亚胺纳米纤维，转化后聚酰亚胺纤维的直径变小，纤维在转化过程中脱水酰亚胺化。首先，对纤维进行了TGA热分析和XRD结晶分析，发现酰亚胺化前后纤维耐热性和结晶度都有了较大的提高。然后，通过对纤维膜、复合膜进行拉伸机械性能测试，发现复合膜经过热轧后断裂强度有了很大的提高，最高可达到17.8MPa，满足过滤应用的要求。最后，通过对PAA纤维膜、PI纤维膜和复合膜过滤性能的测试分析，复合膜在孔径分布、透气性和过滤效率均比较优越，过滤性能较好，并且复合膜厚度在57.38μm，与纺粘基布复合后过滤效率可达到99.99％。