空气净化材料用纳米纤维制备研究

论文摘要

理论和实践证明,纤维直径越细滤料的过滤效率越高,纳米纤维可以有效的提高空气净化材料的性能。静电纺丝是制备纳米纤维的有效方法,由电纺丝纤维制得的滤料具有孔隙率高、比表面积大、纤维精细度高、均一性好、长径比大等优点,从而赋予了电纺纤维在空气过滤领域应用的独特优势。本文在系统分析纳米纤维的制造理论和方法基础上,设计了纳米纤维制备方案,建立了静电纺丝实验装置,采用不同分子量的聚乙烯吡咯烷酮(PVP)进行静电纺丝,通过电子显微镜观察纤维形态对比不同条件下电纺纤维的区别,从而探究静电纺纤维形成机理,为纳米纤维制作工艺的优化指明方向。通过配制多种溶液研究了PVP相对分子质量、溶液浓度对纤维形态的影响,通过改变实验参数来研究的电场强度、溶液挤出量和接收距离对纤维形态的影响,改变实验室环境条件来研究温度、湿度和气流状况对纤维形态的影响。通过反复实验制造出了直径差异较小平均直径在150nm的电纺纤维,以及直径差异较大但大部分纤维直径小于100nm的电纺纤维。论文还把制作的纳米纤维涂覆在普通空气过滤材料上,测试结果表明改进后滤料的过滤性能达到了高效滤料的水平,对于空气净化效率提升作用明显。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 纳米纤维及其应用
• 1.2.1 纳米纤维的定义与特性
• 1.2.2 纳米纤维的制备方法
• 1.2.3 纳米纤维的应用
• 1.3 聚乙烯吡咯烷酮原料的性质
• 1.3.1 PVP的性质
• 1.3.2 PVP的制备方法
• 1.3.3 PVP的应用
• 1.4 本文的研究意义及主要内容
• 第2章 静电纺丝技术研究
• 2.1 静电纺丝历史与发展
• 2.2 静电纺丝原理及过程
• 2.3 影响纤维纳米化因素
• 2.4 静电纺丝理论分析
• 2.4.1 聚合物产生
• 2.4.2 聚合物射流拉伸
• 2.4.3 射流的不稳定性分析
• 2.5 静电纺丝局限性分析
• 第3章 实验平台建立
• 3.1 原料与试剂
• 3.2 静电纺丝装置
• 3.3 纤维样貌分析
• 第4章 纳米纤维制备及影响因素研究
• 4.1 纳米纤维的制备
• 4.1.1 纳米纤维制备步骤
• 4.1.2 纳米纤维制备结果
• 4.2 溶液体系对纳米纤维材料微观结构影响分析
• 4.2.1 PVP质量分数
• 4.2.2 PVP相对分子量
• 4.2.3 小结
• 4.3 工艺参数对纳米纤维微观结构影响分析
• 4.3.1 溶液挤出量
• 4.3.2 电场强度
• 4.3.3 接收距离
• 4.3.4 小结
• 4.4 试验环境影响分析
• 4.4.1 温度
• 4.4.2 湿度
• 4.4.3 气流
• 4.4.4 小结
• 第5章 纳米纤维对空气净化材料性能改进
• 5.1 纳米纤维在过滤材料上的应用
• 5.2 纤维过滤的过滤机理
• 5.2.1 惯性碰撞
• 5.2.2 截留
• 5.2.3 扩散
• 5.3 纳米纤维对过滤材料的改进
• 5.3.1 纳米纤维覆层
• 5.3.2 实验结果
• 第6章 结论
• 参考文献
• 致谢