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中空纤维膜由于其占地面积小、填装密度大、利用率高、易放大、清洗简便等特点,被广泛应用于超滤、微滤、反渗透、气体分离器等传统和新型的膜分离组件形式[1,2]。此外,由于聚四氟乙烯中空纤维膜力学强度高、耐酸碱、耐高低温、表面摩擦系数低等特点,在特种过滤、气体吸收、臭氧溶解过滤、膜蒸馏等领域应用潜力大[3]。本文采用聚四氟乙烯分散树脂为原料,加入埃克森美孚异构烷烃类Isopar系列润滑剂,通过糊料挤出和拉伸成型的方法,制备PTFE中空纤维膜。采用挤出平均压力、孔径和泡点压强、孔隙率、水通量、接触角、SEM和DSC等测试来表征PTFE中空纤维膜的结构与性能。实验主要探讨润滑剂(种类和配比)、挤出工艺(压缩比、长径比和锥角)和拉伸烧结工艺对PTFE结构和性能的影响,优化各工艺参数,为PTFE中空纤维膜的生产提供指导。具体研究内容如下:(a)实验改变润滑剂参数(包括润滑剂种类、配比),通过“混合→预成型→挤出→拉伸→烧结→自然冷却”的工艺路线制备PTFE中空纤维膜。实验通过探究润滑剂的种类和配比对PTFE中空纤维膜的结构和性能的影响,得到润滑剂种类和配比的最佳组合,优化润滑剂。(b)通过改变挤出工艺模具的参数,探究压缩比RR、长径比L/D、椎角α对挤出压力、膜断裂强力、平均孔径、泡点压强、孔隙率和水通量的影响规律,得到最佳的挤出参数。(c)通过调节拉伸工艺参数(拉伸倍数和拉伸温度)和烧结工艺参数(烧结温度和烧结时间),探究拉伸烧结工艺对PTFE中空纤维膜平均孔径、泡点压强、孔隙率和水通量的影响规律,得到最佳拉伸烧结工艺参数,优化拉伸烧结工艺。实验结果表明:(1)润滑剂种类为IsoparG、配比为20%所得到PTFE中空纤维膜平均孔径小、泡点压强和孔隙率高、水通量大断裂强度和接触角大且挤出过程中挤出压力低。润滑剂含量过高或过低时,对PTFE中空纤维膜的结构和性能均有一定程度的不利影响。(2)当压缩比RR=185、长径比L/D=20、椎角α=40°时,挤出过程中挤出压力低、断裂强力大、平均孔径小、泡点压强高,孔隙率大、水通量高,可作为优良的PTFE中空纤维膜的挤出工艺参数。(3)拉伸和烧结工艺对PTFE中空纤维膜微孔结构性能的影响规律如下:随着拉伸倍数的增加,PTFE中空纤维膜的平均孔径、孔隙率大,泡点压强小,水通量大;随着拉伸温度的增加,PTFE中空纤维膜的平均孔径、水通量增大,孔隙率增加,泡点压强降低;随着烧结温度的增加,PTFE中空纤维膜的孔径,泡点压强、水通量降低,孔隙率无明显变化规律;随着烧结时间的增加,PTFE中空纤维膜平均孔径、孔隙率、水通量增加,泡点压强降低。拉伸工艺使PTFE制品的结晶度明显降低,烧结工艺使PTFE制品的结晶度进一步降低。在拉伸倍数100%、拉伸温度300℃、烧结温度320℃和烧结时间5min时,得到的中空纤维膜平均孔径小,泡点压强、孔隙率、水通量大。