溶液噴射紡絲技術(shù)(Solution Blowing)是一種以高速氣流為成形驅(qū)動(dòng)力的新型納米纖維制備技術(shù),具有材料來源廣泛、纖維直徑小、生產(chǎn)效率高、生產(chǎn)安全便捷等特點(diǎn),在規(guī)模化生產(chǎn)上具有很好前景。本文基于宏量制備納米纖維的溶液噴射紡絲裝置,以水過濾為應(yīng)用背景,探討了構(gòu)建微濾膜及納濾膜基膜的應(yīng)用性能。主要內(nèi)容為:針對(duì)納米纖維過濾膜力學(xué)性能差的缺點(diǎn),設(shè)計(jì)了微納米纖維混合的多尺度纖維微濾膜。將低熔點(diǎn)聚酯(LPET)納米纖維短切分散后與聚酯短纖維經(jīng)濕法混合、成網(wǎng)、熱壓,獲得混合纖維氈,其中LPET均勻填充在聚酯(PET)纖維孔隙中并部分熔融實(shí)現(xiàn)連接。研究表明LPET的填充可有效調(diào)控纖維的孔隙結(jié)構(gòu),平均孔徑由55.6μm逐漸下降到15.29 μm;且纖維膜的強(qiáng)力明顯增強(qiáng),當(dāng)納米纖維填充量為20 g/11m2時(shí),斷裂強(qiáng)度由3.9 MPa提高到11.1 MPa;對(duì)5、3、1.3 μtm的聚苯乙烯微球的過濾效率均高于99.9%。針對(duì)納濾膜使用致密、開孔單一的相轉(zhuǎn)化基膜導(dǎo)致過濾通量低的缺點(diǎn),設(shè)計(jì)了PA6納米纖維多孔基膜。經(jīng)熱壓處理后,克重為9.4和14.1 g/m2的PA6納米纖維多孔基膜具有良好的表觀結(jié)構(gòu)和機(jī)械性能,其平均孔徑和孔隙率分別為1.358、1.0624 μm和83.4、85%,且表面光滑適于界面聚合生成超薄活性致密層。過濾結(jié)果表明其純水通量和對(duì)Na2SO4過濾效率分別為13.2、13.1 Lm-2h-1和84.7、85.1%。其過濾通量較商用膜具有明顯提高,但過濾效果有一定程度減小。為改善納米纖維多孔基膜的均勻性,論文進(jìn)一步采用濕法工藝對(duì)PA6納米纖維進(jìn)行二次成網(wǎng)。與溶液噴射紡納米纖維膜相比,濕法成網(wǎng)納米纖維膜在微觀均勻性、表面平整度、孔徑均勻性和機(jī)械性能均有一定程度提高,其中克重為10和14 g/m2的納米纖維膜綜合性能最優(yōu),其平均孔徑和孔隙率分別為0.6997、0.5843 μtm和80.1、83.7%。作為多孔基膜,濕法成網(wǎng)納米纖維膜所制備的納濾膜在表觀結(jié)構(gòu)和過濾性能上均優(yōu)于溶液噴射一步制備納米纖維基膜,其中1 0和14 g/m2多孔基膜所制備的納濾膜表面光滑、過濾性能最突出,其純水通量和對(duì)Na2SO4過濾效率分別為10.9、10.4 Lm-2h-1和94.8、96.1%。
【學(xué)位單位】：天津工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位年份】：2019
【中圖分類】：TQ051.893;TQ340.64
【部分圖文】：

體在高壓下通過外部通道噴射。內(nèi)部通道中的聚合物溶液以恒定速率擠出，在針??尖處由高壓氣流引起的剪切、牽伸作用下，該液滴被拉伸形成纖維射流，產(chǎn)生沿??氣流方向沉積的聚合物纖維（如圖１－３）?［７７］。傳統(tǒng)熔噴紡絲技術(shù)對(duì)原料限制較大，??只能應(yīng)用于加工聚丙烯（ＰＰ）、聚酯（ＰＥＴ）等少數(shù)幾種具有良好熱塑性的聚合??物。而溶液噴射紡絲克服了這一缺陷，具有材料來源廣泛、纖維直徑小的特點(diǎn)。??目前，已成功實(shí)現(xiàn)多種聚合物納米纖維的制備，例如：聚酰胺（ＰＡ６），聚丙烯??腈（ＰＡＮ），聚醚砜（ＰＥＳ），聚乳酸（ＰＬＡ）和纖維素納米纖維等。與靜電紡絲??技術(shù)相比，氣流牽伸比靜電牽伸更高效，使得該技術(shù)具有更高進(jìn)料速率和生產(chǎn)效??率。同時(shí)，該技術(shù)沒有了高壓電場的限制，減少了能源損耗，降低了安全風(fēng)險(xiǎn)，??７??

本課題組于２０１４年參考靜電紡絲中的靜電分絲、靜電吸附的原理，在??常規(guī)溶液噴射紡絲設(shè)備中引入靜電輔助系統(tǒng)，形成靜電輔助溶液噴射紡絲技術(shù)??（如圖１－５），充分發(fā)揮靜電作用實(shí)現(xiàn)纖維均勻分布和緊密堆積，進(jìn)一步推動(dòng)了溶??液噴射紡絲技術(shù)產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程隨后，在牽伸風(fēng)壓、紡絲液濃度、感應(yīng)電壓、進(jìn)??液速度等工藝參數(shù)上系統(tǒng)研宄了?ＰＡＮ納米纖維的成形機(jī)理和影響因素，自主設(shè)計(jì)??新－－代溶液噴射紡絲裝置用于ＰＡＮ納米纖維宏量制備，并研宄了ＰＡＮ納米纖維在??過濾領(lǐng)域中應(yīng)用（如圖１－６），為該技術(shù)工業(yè)化發(fā)展奠定了一定的基礎(chǔ)％。??５氣／洛液細(xì)流邊界??氣流汰力＆大氣壓■中心氣壓ｐｚ?：??．?－，１?？，??高速氣涑？．，??坊技液￥?？＊??氣流／？液邊界＊??圖丨－３溶液噴射紡絲原理圖??Ｐｅｒｉｓｔａｌｔｉｃ?Ｐｕｍｐ??▲?ｔ?■—??Ｐｏｌｙｍｅｒ?Ｓｏｌｕｔｋｍ??Ｓｐｍｎｉｎｇ?Ｃａｂｉｎｅｔ??／ＩＩＩ??……．ＩＩ……

２．２．３濕法成網(wǎng)??濕法工藝要求纖維具有一定的長度，因此需先制備納米纖維分散液。其過程??如圖２－１所示，分別稱取０．１５７，０．３１４，０．４７１和０．６２８?ｇＬＰＥＴ納米纖維先攪拌??分散在異丙醇和去離子水的混合溶液中（體積比為１：?１），用液氮對(duì)該混合體系??降溫至－４?再利用改進(jìn)的標(biāo)準(zhǔn)纖維解離器對(duì)納米纖維進(jìn)行剪切和分散，直至納??米纖維呈均勻分散狀態(tài)。在制備好的納米纖維分散液中加入１．８?ｇ的常規(guī)ＰＥＴ短??纖維（熔點(diǎn)：２５５?°Ｃ長度：６?ｍｍ），重復(fù)使用標(biāo)準(zhǔn)纖維解離器進(jìn)行混合，直至??ＰＥＴ短纖維和ＬＰＥＴ納米纖維在體系中能穩(wěn)定均勻分散。??將制備好的纖維分散液加入紙業(yè)成型器中（其成網(wǎng)簾目數(shù)為１５０、直徑為２０??ｃｍ），當(dāng)混合體系中的溶液部分完全排除后，獲得直徑為２０?ｃｍ的纖維氈，用真??空干燥器進(jìn)行干燥。設(shè)置熱壓溫度為１００?°Ｃ、熱壓壓力為５０Ｎ／ｃｍ對(duì)干燥后的纖??維氈進(jìn)行熱壓形成多尺度纖維微濾膜（ＦＭＦＭ），如圖２－１所示。將制備的多尺??度纖維微濾膜分別標(biāo)記為ＮＦ－５?（０．１５７?ｇ），?ＮＦ－１０?（０．３１４ｇ），ＮＦ－１５?（０．４７１?ｇ）??和ＮＦ－２０?（０．６２８?ｇ），空白對(duì)照樣標(biāo)記為ＰＳ－０。??１７??
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本文編號(hào)：2843547