靜電紡纖維-非織造布復合過濾材料的結構性能與模擬.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，利用自行設計加工的靜電紡絲裝置進行靜電紡絲，并使靜電紡纖維沉積在非織造過濾材料的表面，制備了PA6納米纖維/基布、PLLA微米纖維/基布和PA6/PLLA/基布復合材料。主要研究了復合材料的孔隙結構、透氣性和過濾性能，并且對過濾材料的過濾過程進行了初步的計算機模擬。 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、噴絲頭內徑對纖維形貌結構的影響。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，噴絲頭內徑0.85mm，流量3ml/h。 靜電紡纖維/非織造布復合過濾材料的孔隙結構：用計算機圖像處理的方法計算分析了復合材料的孔隙結構，研究結果表明：復合材料中的孔隙數(shù)量隨著靜電紡絲時間的增加呈指數(shù)

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

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

5、材料的透氣率隨著靜電紡絲時間的增加而呈指數(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/微米多層復合材料的過濾效率隨著靜電紡絲時間的增加而增加，靜電紡絲時間相同時，過濾效率依次是PA6/PLLA/WZ-CP-3>PLLA/WZ-CP-3>PA6/WZ-CP-3。復合過濾材料的質量因子Q隨著靜電紡絲時間的增加而下降，在3種復合材料中，當過濾效率相接近時，PA6納米纖維/PLLA微米纖維多層復合材料的Q值最大，即過濾性能是3種

6、復合材料中最好的。 非織造布對氣體的過濾過程的模擬：在GAMBIT中建立了非織造纖維網(wǎng)的二維和三維模型，并在Fluent中模擬了過濾過程。結果表明：純氣體射流通過二維纖維網(wǎng)時，壓力層狀增加，并且隨著纖維含量的增加，壓力逐漸變大。純氣體從進入到流出纖維網(wǎng)的過程中，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)中顆粒的運動情況減弱。在三維模擬