【摘 要】
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后疫情时代,PP熔喷行业产能趋于饱和,新材料、新结构的探索迫在眉睫。以微相容共混体系为研究对象,基于熔喷纤维成形过程中“拔河效应”制备多尺度纳微结构的非织造材料是一大发展方向。聚对苯二甲酸丁二醇酯(PBT)是一种在血液过滤、油水分离领域有较为广阔应用的熔喷新材料,本课题以PBT与PP切片为原料,通过组分含量及工艺参数调整,实现了纳微结构可控调节,研究了“部分相容”组分形成多尺度纳微纤维结构的调控机
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后疫情时代,PP熔喷行业产能趋于饱和,新材料、新结构的探索迫在眉睫。以微相容共混体系为研究对象,基于熔喷纤维成形过程中“拔河效应”制备多尺度纳微结构的非织造材料是一大发展方向。聚对苯二甲酸丁二醇酯(PBT)是一种在血液过滤、油水分离领域有较为广阔应用的熔喷新材料,本课题以PBT与PP切片为原料,通过组分含量及工艺参数调整,实现了纳微结构可控调节,研究了“部分相容”组分形成多尺度纳微纤维结构的调控机理,为PBT新型共混熔喷非织造材料的开发提供了理论依据和实验验证。主要研究内容如下:熔喷切片的热性能及流变性能间接反映两相熔融共混的相容性及可纺性,实验结果表明:PP/PBT混合熔体(50/50)在275℃-290℃温度区间内呈“部分相容”状态。275℃-280℃条件下混入不同PP含量(0 wt%、3 wt%、5 wt%、7 wt%、10wt%、13 wt%)的PP/PBT混合切片表观粘度近似且流动性优异,说明PP的加入并不会干扰PBT熔喷非织造材料的成形。本论文首先通过一系列熔喷预实验,确定的PP/PBT共混熔喷非织造材料生产工艺为:纺丝温度277℃,计量泵的单孔挤出量0.2 g/min,牵伸风温273℃,牵伸风压0.018 MPa和接收距离13 cm。采用PP/PBT共混原料制备熔喷非织造材料,并对其结构和性能进行表征。实验结果表明:混入PP切片后,降低了共混熔喷非织造材料的纤维平均直径(2.0-3.7μm),均小于纯PBT熔喷纤网(3.968μm),纤维直径分布CV值(41-81%),高于纯PBT熔喷纤网(29.36%)。混入5 wt%PP时,PP/PBT共混熔喷非织造材料的纳微纤维直径双尺度分布最明显,纤维直径最小可达到200 nm,纤维直径最大9μm,纤维直径分布CV值为80.83%。以混入5 wt%PP的PP/PBT共混原料为基础,通过调整工艺参数调控共混熔喷纤维尺度,探究纳微结构最优工艺方案。实验结果表明:纳微纤维结构的形成受混合熔体的熔融界面相态的约束,熔体温度高于290℃后,共混熔体开始趋于均一相,逐渐失去形成纳微结构的条件;在较低的牵伸风压下,接收距离存在阈值,超过阈值后对纳微成形的作用不再明显;而较高的牵伸风压更有利于纳微结构的成形。实验表明牵伸风温270℃,牵伸风压0.02 MPa,接收距离20 cm时,制得具有双尺度最明显的熔喷纤网,纤维直径最小约300 nm,纤维直径最大约10μm,纤维直径分布CV值达98.53%。
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