21世紀以來,我國經(jīng)濟蓬勃發(fā)展,但與此同時,環(huán)境污染的問題越來越嚴重,尤其是空氣污染的問題,已經(jīng)極大程度影響了人們的交通出行和生理健康,為了人們的身心健康發(fā)展,開發(fā)新型個人防護材料迫在眉睫。靜電紡絲納米纖維直徑普遍能達到納米級,對空氣中微小顆粒起到良好的過濾吸附效果,為新型空氣過濾材料的研發(fā)提供了一條嶄新的思路,但也普遍存在著過濾阻力較大、透氣性不佳等問題,帶來諸多弊端。本課題基于靜電紡絲技術(shù),制備了微量串珠纖維復合濾料,并對復合結(jié)構(gòu)的設(shè)計,纖維形貌及濾料綜合性能展開研究。(1)從結(jié)構(gòu)組成角度出發(fā),對復合濾料的結(jié)構(gòu)進行了分析。從纖維材料的實驗原料的選用出發(fā),確定采用PVDF(聚偏氟乙烯)作為纖維層原材料和PET(滌綸)無紡布作為其他層組分。根據(jù)總體設(shè)計原則和工作原理,選擇組合工藝方法作為復合結(jié)構(gòu)的成型方法,確立了“無紡布—納米纖維—無紡布”的復合結(jié)構(gòu),并對制備原理和工藝進行了描述。(2)采用控制變量法和正交試驗法相結(jié)合的方法,進行工藝實驗并系統(tǒng)優(yōu)化了影響靜電紡絲PVDF微量串珠形貌的紡絲參數(shù)。在單因素實驗中,發(fā)現(xiàn)紡絲液質(zhì)量分數(shù),紡絲電壓和紡絲距離都會對纖維形貌產(chǎn)生一定的影響,影響纖維的粗細、均勻度及附著于纖維上的串珠數(shù)量,在此基礎(chǔ)上進一步設(shè)計了正交試驗,對各工藝因素進行更深層次的分析。實驗表明,各工藝因素對靜電紡PVDF微量串珠纖維形貌分別具有不同程度的影響作用,其中紡絲質(zhì)量分數(shù)影響程度最大,紡絲電壓和紡絲距離的影響程度依次排列在后。同時,在給定實驗條件下,制備PVDF微量串珠纖維膜的工藝最優(yōu)水平組合為:紡絲液質(zhì)量分數(shù)20%,紡絲電壓38kV和紡絲距離25cm。(3)實驗并分析微量串珠纖維復合濾料的綜合性能。首先對過濾性能和壓力降進行了分析,發(fā)現(xiàn)在低風速的情況下,紡絲時間短的復合濾料過濾性能較好,而隨著風速增大,各復合濾料過濾性能漸趨相同,而壓力降與濾料紡絲時間正相關(guān),且上升幅度越來越大。因此,需要進一步綜合考慮復合過濾材料的其他性能以找到最佳值或更合適的取值范圍。其次,進行孔徑分布、孔隙率及透氣性的分析,發(fā)現(xiàn)整個微量串珠纖維層的平均孔徑與紡絲時間為負相關(guān)的關(guān)系,而整體纖維膜的孔隙率與紡絲時間為正相關(guān)的關(guān)系,且上升趨勢變得越來越慢。而透氣量與紡絲時間則為負相關(guān)的關(guān)系。最后分析熱穩(wěn)定性,確定PVDF微量串珠復合濾料在250℃以下可以正常使用,具備良好的熱穩(wěn)定性。
【學位單位】：廣東工業(yè)大學
【學位級別】：碩士
【學位年份】：2019
【中圖分類】：X51;TB332
【部分圖文】：

第一章 緒論言三十多年來，隨著全球工業(yè)化和城鎮(zhèn)化的快速發(fā)展，環(huán)境污染已經(jīng)成一大生活難題，而其中空氣污染對人類的威脅更是日益嚴重，對人們成極大困擾（如圖 1-1），已經(jīng)引起了廣泛關(guān)注，“霧霾”，“PM2.5”，“為人們無法回避的重要民生話題。空氣污染已成為威脅人類健康的嚴在一些一線城市造成的影響越來越嚴重，這主要有以下兩個主要原因些粉塵顆粒會經(jīng)呼吸進入人體肺泡，從而進入人的血液循環(huán)中，對人害，另一方面，由于這些顆粒物尺寸極小，進入空氣中易于其他物質(zhì)存在于空氣中，造成空氣質(zhì)量和可見度嚴重下降，帶來霧霾天氣，從通兩方面對人類造成巨大威脅。

它們分別為：攔截效應，慣性沉積，布朗擴散，重力沉降和靜電效應[12]（如圖1-2，1-3 所示）。（1）攔截效應。纖維在過濾材料中是無規(guī)律隨機排列的，在纖維周圍是空氣氣流的的小顆粒物，這些顆粒物的中心軌跡以纖維為中心呈流線型分布，這被定義為極限軌跡。由于濾料纖維與微粒間存在分子間作用力，當過濾材料過濾氣體時，濾料的纖維就可以把氣體中的處于運動狀態(tài)的微粒截留下來。（2）慣性沉積。由于纖維在濾料中是呈無規(guī)律隨機排列的，其分布非常復雜，氣流中的微小顆粒非常容易在氣流產(chǎn)生反轉(zhuǎn)運動時，由于慣性作用脫離出來，繼而沉積到濾料上。此外，顆粒物粒徑越大，受到的慣性作用越大，便更易于被濾料捕捉，濾料的過濾效果便越好。（3）布朗擴散。布朗運動主要針對粒徑在 0.1μm 之內(nèi)的顆粒物，這種規(guī)格的顆粒物會發(fā)生無規(guī)則布朗運動，并且粒徑越小，則布朗運動越劇烈。研究表明，當處于正常溫度時，粒徑為 0.1μm 的微粒其擴散速度高達每秒鐘 171μm，這個距離要遠遠高于纖維間的平均距離，因此這有利于微粒沉積于濾料上[13]。由于布朗運動主要發(fā)生在粒徑在 0.1μm 之內(nèi)的顆粒物之間，所以當粒徑不超過 0.1μm 時，粒徑越小的顆粒物一般更容易被過濾；而慣性運動主要發(fā)生在粒徑超過 0.5μm 的顆粒物之間

；二是使相較于其他微粒捕集方式，可以更牢固的固定住顆粒物的過濾阻力，使濾料整體具備更好的過濾性能。圖 1-2 通過攔截作用、慣性沉積、布朗擴散和重力沉降對顆粒進行捕獲1-2 Capture of particles by interception, inertial deposition, Brownian diffusion, adeposition

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