微纳米纤维非织造布阻燃过滤材料的制备与性能研究

来源 :东华大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:qinxiaogang2009
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熔喷是将熔融聚合物加工形成微纳米纤维非织造布的技术,其中聚丙烯(PP)因成本低、综合性能好、对环境友好等特点成为主要的熔喷原料,易燃是它的一个显见缺点,在燃烧过程中会伴随滴落现象易造成火势蔓延,危及到生命安全和财产安全,这极大地限制了熔喷过滤材料在高防护要求方向的应用。另一方面,传统PP非织造布的过滤效率还较低,需要经过驻极等方式才能实现高效过滤;而静电纺丝由于可以达到纳米级而被应用于高效过滤材料。因此将熔喷非织造布和静电纺丝纤维膜复合,来获得高效过滤材料是一个研究方向。因此本课题将熔喷和静电纺丝技术非织造材料结合,同时在静电纺丝液中添加无卤阻燃剂聚磷酸铵(APP)来获得阻燃空气过滤性能。主要内容如下:(1)对熔喷的工艺参数进行优化以获得过滤性能、力学性能和其他性能较优的PP熔喷基材。通过单因素实验分析了计量泵流速、接收距离、热空气温度和热空气压力的变化对非织造布性能影响,在其他参数不变的前提下,得出了以下结论:计量泵流速对熔喷布的面密度和厚度影响比较大,流速增大,聚合物挤出速度增大,单位面积内纤维量增加,面密度和厚度变大,材料变得具有脆性手感差,透气性变差,但过滤效率增大;接收距离对熔喷布的性能影响较小,但当接收距离逐渐上升时,熔喷布的手感变得更加柔软;热空气温度升高,面密度和厚度影响小,在一定范围内过滤效率比较稳定;热空气压力对纤维的粗细和PP熔喷材料的手感,当热空气增大,牵伸风速度变大,面密度和厚度小,弯曲长度小,柔软性好,力学性能先增大后减小,过滤效率表现为先上升后平缓。(2)将PAN/APP静电纳米纤维膜在线复合于PP基材上制备微纳米纤维非织造阻燃过滤材料,在不破坏微纳米纤维结构的基础上制备阻燃过滤材料,经过系列测试发现复合材料对于0.3μm气溶胶粒子的过滤效率最高可达到98%以上,由于APP的存在,微纳米纤维复合材料在点燃后燃烧变慢,燃烧时无熔滴滴落,续燃时间为0s,燃烧后阻燃过滤材料表层的成碳含量明显增加;TG结果表明PP/PAN@APP热性能比PP/PAN材料好,残碳量是后者7倍以上。(3)利用P-N-Si之间的协同阻燃作用,以纳米Si O2为硅源,APP作为P、N源,利用纳米Si O2在燃烧过程中迁移到聚合物表面形成致密均匀的含硅炭层、阻挡外界氧气进入及防止燃烧挥发物和烟气的逸出等优势来进一步增大PP/PAN@APP非织造材料的阻燃性能。发现当纳米Si O2浓度为4%时,材料燃烧表面布满黑色碳层,遇明火不燃、无滴落,具备高效阻燃效果;同时这种PP/PAN@APP/Si O2微纳米非织造材料的过滤效率均大于92%,同时由于纳米Si O2是亲水性的,纳米纤维材料表面的接触角为67.33°,而复合材料的基材PP熔喷接触角为125°,说明材料同时具备亲疏水功能。
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