納米纖維薄膜對3D打印微粒排放物捕捉與過濾的應(yīng)用研究

發(fā)布時間：2020-04-08 10:06

【摘要】：隨著熔融沉積造型(FDM)3D打印技術(shù)應(yīng)用的不斷發(fā)展,大眾創(chuàng)業(yè)、萬眾創(chuàng)新,3D打印機已走入醫(yī)療、家庭等生活場景。而3D打印過程中排放出的微細顆粒物是霧霾(PM2.5)源之一,嚴重影響著人們的身體健康,而目前對3D打印微粒排放物的研究還比較少。本文利用靜電紡絲技術(shù)制備納米纖維薄膜,對3D打印過程中產(chǎn)生的微細顆粒形成過程和納米纖維的過濾效果進行了實驗研究和討論。1、基于靜電紡絲技術(shù)制備納米纖維薄膜,設(shè)計實驗方案并搭建實驗平臺,驗證了聚己內(nèi)酯(PCL)納米纖維薄膜捕獲FDM 3D打印所釋放的PM 2.5顆粒的可行性,并在不同的測試環(huán)境下研究了 3D打印排放物的產(chǎn)生和聚集過程。實驗結(jié)果表明:(1)PCL納米纖維薄膜能夠有效捕獲3D打印排放物;(2)相對濕度對顆粒的捕獲和聚集起到積極的作用;(3)3D打印排放物的產(chǎn)生和聚集分為四個階段:PM2.5濃度和粒徑增大緩慢(第一階段),小顆粒不斷產(chǎn)生,濃度迅速增加(第二階段),小顆粒聚集成更大的顆粒,濃度增長減慢(第三階段),PM2.5濃度和顆粒聚集體的尺寸迅速增加(第四階段);(4)討論了“建筑單元”的微粒充當聚集顆粒的基本原理。2、通過正交實驗法,獲得不同纖維直徑的靜電紡絲制備工藝參數(shù),研究了不同直徑的聚丙烯腈(PAN)納米纖維薄膜對不同粒徑顆粒物的過濾效果,最后將最優(yōu)過濾效果的薄膜應(yīng)用于3D打印過程中。實驗結(jié)果表明:(1)通過靜電紡絲工藝參數(shù)的調(diào)整,可以有效將納米纖維的直徑控制在80mn～260nm之間;(2)較細的PAN納米纖維薄膜對不同粒徑顆粒物的整體過濾效果有較大提升;(3)較細的PAN納米纖維薄膜對細顆粒的過濾效率有顯著提升;(4)將最佳過濾效果的PAN納米纖維薄膜用于實際3D打印過程中,過濾效率可達到80%左右,過濾效果十分明顯。本文所取得的上述研究成果,拓展了納米纖維薄膜在3D打印中的應(yīng)用,率先提出了一種3D打印排放物捕捉、過濾的可行有效的研究手段,極大程度上減輕了室內(nèi)3D打印中的空氣污染物危害。同時,研究成果有利于推廣以納米纖維薄膜為基礎(chǔ)的過濾器在3D打印和其他綠色環(huán)保事業(yè)上的廣泛應(yīng)用。
【圖文】：

揮發(fā)性有機化合物,超細顆粒,方法,顆粒排放

Ｗｅｎｓｉｎｇ發(fā)現(xiàn)高溫定影單兀被認為是微粒排放的一個來源［１７］；邋Ｍ產(chǎn)生的顆粒物排放速度和溫度的影響［１８］；Ｂｕｏｎａｎｎ成功從更大放率的方法［ｉ９］；邋Ｈｅ和Ｒｉｍ在進行更全面的研究的同時，發(fā)現(xiàn)的關(guān)系ｔ２（），，２１ｌ；邋Ｕｎｗｉｎ研究了大規(guī)模工業(yè)擠出設(shè)備中熱塑性塑料過程中氣體和顆粒都被排出［２２］；邋Ｋｉｍ等人評估了來自不同ＦＤ，直徑小于ｌＯＯｎｍ的顆粒）和揮發(fā)性有機化合物（ＶＯＣ）的排用于細絲打印的原材料ｐ］；邋Ａｚｉｍｉ等人基于各種打印機和熱塑ＵＦＰ和ＶＯＣ量化排放率來對顆粒排放進行研究［１Ｑ］；邋Ｓｔｅｐｈｅｎｓ乙烯（ＡＢＳ）和聚乳酸（ＰＬＡ）兩種材料，來測量３Ｄ打印機過率的變化［１３］；邋Ｚｈｏｕ等人測量使用ＡＢＳ材料，進行３Ｄ打印時，這些顆粒排放高度集中在較小的尺寸范圍的結(jié)論［１４］；邋Ｄｅｎｇ等印顆粒排放的影響，結(jié)果表明加熱過程中就已經(jīng)觸發(fā)顆粒物的

靜電紡絲,基本原理,揮發(fā)性有機化合物,超細顆粒