靜電紡纖維-非織造布復(fù)合過(guò)濾材料的結(jié)構(gòu)性能與模擬.pdf

1、本課題分別以尼龍6/甲酸溶液和聚-L-乳酸/丙酮/三氯甲烷溶液作為紡絲液，利用自行設(shè)計(jì)加工的靜電紡絲裝置進(jìn)行靜電紡絲，并使靜電紡纖維沉積在非織造過(guò)濾材料的表面，制備了PA6納米纖維/基布、PLLA微米纖維/基布和PA6/PLLA/基布復(fù)合材料。主要研究了復(fù)合材料的孔隙結(jié)構(gòu)、透氣性和過(guò)濾性能，并且對(duì)過(guò)濾材料的過(guò)濾過(guò)程進(jìn)行了初步的計(jì)算機(jī)模擬。 靜電紡絲工藝參數(shù)的探索：研究了紡絲液濃度、電壓、噴絲頭和接收屏之間距離(C-SD)、流量、

2、噴絲頭內(nèi)徑對(duì)纖維形貌結(jié)構(gòu)的影響。確定了PA6靜電紡絲的工藝條件：紡絲液濃度22wt％，電壓15kv，C-SD距離15cm，噴絲頭內(nèi)徑0.45mm，流量0.06ml/h。PLLA的靜電紡絲工藝條件：電壓20kV，C-SD距離25cm，噴絲頭內(nèi)徑0.85mm，流量3ml/h。 靜電紡纖維/非織造布復(fù)合過(guò)濾材料的孔隙結(jié)構(gòu)：用計(jì)算機(jī)圖像處理的方法計(jì)算分析了復(fù)合材料的孔隙結(jié)構(gòu)，研究結(jié)果表明：復(fù)合材料中的孔隙數(shù)量隨著靜電紡絲時(shí)間的增加呈指數(shù)

3、增加，PLLA微米纖維復(fù)合材料中的孔隙數(shù)量比PA6納米纖維復(fù)合材料和PA6納米纖維/PLLA微米纖維多層復(fù)合材料中的少，PA6納米纖維/PLLA微米纖維多層復(fù)合材料中的孔隙數(shù)量最多。復(fù)合材料中的平均孔隙面積隨著靜電紡絲時(shí)間的增加而下降，其中PA6納米纖維復(fù)合材料和PLLA微米纖維復(fù)合材料的孔隙面積呈指數(shù)規(guī)律下降，PA6/PLLA多層復(fù)合材料的孔隙面積呈反“S”規(guī)律下降。隨著靜電紡絲時(shí)間的延長(zhǎng)，復(fù)合材料中的孔隙形狀越來(lái)越接近圓。復(fù)合材料的

4、孔隙率都隨著靜電紡絲時(shí)間的增加而下降。其中，PLLA微米纖維復(fù)合材料的孔隙率下降最快；納米纖維/微米纖維/基布多層復(fù)合材料的孔隙率下降速度比純納米纖維/基布復(fù)合材料快。 靜電紡纖維/非織造布復(fù)合過(guò)濾材料的透氣性和過(guò)濾性：分別研究了以三種非織造布過(guò)濾材料為基布的復(fù)合材料的透氣性和以WZ-CP-3為基布的復(fù)合材料的過(guò)濾效率，并考察了復(fù)合材料的質(zhì)量因子Q的變化情況。結(jié)果表明：以三種非織造布為基布的納米單層、微米單層和納米/微米多層復(fù)合

5、材料的透氣率隨著靜電紡絲時(shí)間的增加而呈指數(shù)規(guī)律下降。以WZ-CP-3為基布的納米單層、微米單層和納米/微米多層復(fù)合材料的過(guò)濾效率隨著靜電紡絲時(shí)間的增加而增加，靜電紡絲時(shí)間相同時(shí)，過(guò)濾效率依次是PA6/PLLA/WZ-CP-3>PLLA/WZ-CP-3>PA6/WZ-CP-3。復(fù)合過(guò)濾材料的質(zhì)量因子Q隨著靜電紡絲時(shí)間的增加而下降，在3種復(fù)合材料中，當(dāng)過(guò)濾效率相接近時(shí)，PA6納米纖維/PLLA微米纖維多層復(fù)合材料的Q值最大，即過(guò)濾性能是3種

6、復(fù)合材料中最好的。 非織造布對(duì)氣體的過(guò)濾過(guò)程的模擬：在GAMBIT中建立了非織造纖維網(wǎng)的二維和三維模型，并在Fluent中模擬了過(guò)濾過(guò)程。結(jié)果表明：純氣體射流通過(guò)二維纖維網(wǎng)時(shí)，壓力層狀增加，并且隨著纖維含量的增加，壓力逐漸變大。純氣體從進(jìn)入到流出纖維網(wǎng)的過(guò)程中，流速先快速增加，然后劇烈變化，最后下降，并且隨著纖維含量的增加，流速增加。隨著纖維含量的增加，在纖維網(wǎng)入口處的顆粒物含量有明顯增加，纖維網(wǎng)中顆粒的運(yùn)動(dòng)情況減弱。在三維模擬