等离子体改性熔喷PP非织造布及其复合滤材的制备与表征

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燃油在生产运输过程中常混有杂质、水分和其他污染物,使精密偶件的燃油泵和喷油嘴零部件发生故障,引起油嘴漏油、雾化不良、燃烧恶化、油耗增加、排放超标、没冒黑烟等。汽车排放物直接危害着人们的生命健康。因此,成功制备一种高效复合燃油滤材迫在眉睫。目前,国产滤材多为滤纸结构,纳污容量低、使用寿命短、不能有效滤水,而高效复合燃油滤材多为国外进口,生产成本高。聚丙烯熔喷非织造布以其质地轻、强度高、弹性好、耐腐蚀、过滤性能好、成本较低等优点得到了科研工作者和工业界的广泛关注。本课题以聚丙烯非织造布为基材制备复合滤材,通过聚结分离法除去燃油中的固体杂质及水分。本课题对熔喷用PP切片进行了性能分析,研究接收距离、螺杆转速、热空气温度、接收时间的变化对最终产口结构性能的影响;采用He等离子体处理PP非织造布,接枝丙烯酸,赋予PP非织造布永久亲水性;初步探索复合滤材的成型工艺,并对最终制备的复合滤材进行性能表征实验中使用的PP切片熔点为165.5℃,起始分解温度为260.3。C,熔融指数为840g/10min。用Ozawa法处理所得到的Avrami指数n随温度的变化在2.51~3.95范围内波动。在相对结晶度为10%-90%的范围内,用Jeziorny法处理PP的非等温结晶动力学,曲线具有较好的线性相关性。熔喷过程中,研究了参数变化对产品纤维直径、厚度、面密度不匀率、孔径、透气性、断裂强力的影响。本实验中所制得的非织造布,其纤维直径较细,集中分布在4-8μm之间;平均孔径集中分布在18-25μm,最大孔径集中分布在45-50μm;最大纵向断裂强力为24.52N,最大横向断裂强力为9.58N,纵向断裂强力始终大于横向断裂强力。未经等离子处理的PP非织造布其表面与水的接触角为140.9°表面疏水。用He等离子体处理PP非织造布,在短时间内就可以使PP非织造布的润湿性得到明显改善,接触角甚至变为0°。实验研究了处理条件和接枝条件对丙烯酸接枝率的影响,结果表明最佳的实验条件为:处理功率100w,处理时间8.5min,单体体积浓度40%,反应温度50℃,反应时间6h。适当改变反应条件可以使得PP非织造布农而的接枝率达到18.61μg/cm2经He等离子体处理后,样品表而形成了很多新的C-O/C-N、C=O/O-C-O键。XPS谱图显示未处理样品表面主要是Cls和较小的Ols特征峰,处理后在534.6ev处出现了明显的OlS的峰,氧元素百分含量从7.84%增加到43.05%,C元素的相对含量降低,从92.16%下降到37.02%;在402.4ev处出现微弱的Nls峰。这说吸PP非织造布经He等离子体处理后在其表面引了含氧基团和含氮基团。接枝样品在1800~1600cm-1区域内出现了酯键的特征吸收峰;在3500~3000cm-1区域内有一个较宽的中等吸收峰,对应-OH的伸缩振动峰,说明PP非织造布表面成功接枝了丙烯酸。复合滤材制备过程中,随着成型压力的增加,PP非织造布复合滤材的厚度、透气率、最大孔径、平均孔径均有减小的趋势。复合滤材对于4μ m固体颗粒的过滤效率为88.3%,仍需提高,5-15μ m固体颗粒的过滤效率基本能够达到目前乘用车行业的标准,纳污容量约为传统滤纸的2倍。复合滤材的水分离效率为80.6%,亲水改性后的复合滤材,其水分离效率得到提高。
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