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《天津大学》 2009年
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熔喷/静电纺复合法聚乳酸非织造布的制备及过滤性能研究

刘亚  
【摘要】: 本文采用可生物降解的聚乳酸(PLA)为原料,利用熔喷法非织造技术制备熔喷非织造布(MB),再通过静电纺技术将其喷覆在熔喷非织造布上制备熔喷/静电纺复合法PLA非织造布(PLA MB/ES Nw)并用于过滤材料;该方法替代熔喷的驻极过程,在相同定量的基础上可以大大提高熔喷非织造布的过滤效率,而过滤阻力增长不大,生产工艺简单,能耗小,成本低,可用于过滤空气中的微粒且效果显著。 本文首先通过调节热空气喷吹温度、速度、狭缝宽度、接收距离(DCD)等工艺参数,系统地研究了PLA熔喷非织造布(PLA MB)生产工艺参数与其结构和性能的关系。结果表明,随着热空气温度升高,产品的过滤性能有所降低,而透气性能增加;随着热空气狭缝宽度的增加,产品的过滤效率降低,透气性能增大;随着DCD的增加,产品的过滤效率增大,而透气量也增大,且基本与DCD成正比变化。由于工艺参数存在交互作用,本文进一步采用三层后向传播学习方法(BP)的神经网络模型处理实验数据并进行性能预测,结果表明,BP神经网络模型预测的过滤效率平均值误差在±3%以内,透气量平均值的误差在±8%以内,为优化生产工艺参数提供了一定的理论基础。 在成功制备PLA MB的基础上,本文重点研究了PLA MB/ES Nws的制备技术。选用1,4-二氧六环/丙酮作为PLA的共混溶剂制作静电纺丝液,且当纺丝液浓度为8%、纺丝的过程中加入少量的NaCl时,纺出纤维的性能较好。在静电喷覆时间为10min时,所得PLA MB/ES Nws过滤材料的过滤效率和透气量的综合效果较好。根据所制备的PLA MB/ES Nws,本文又进一步建立了复合非织造布的结构模型,并对结构参数与工艺条件的关系进行了分析。 通过调节电压、挤出速率和接收距离等工艺参数,本文又研究了静电复合工艺参数对PLA MB/ES Nws的结构与性能的影响。结果表明,随着静电纺电压的提高,纤维直径逐渐变细,PLA MB/ES Nws的过滤效率增大,透气性能下降;随着纺丝液挤出速率的增大,纤维的平均直径增大,PLA MB/ES Nws的过滤效率先降低后增大,透气量增加;随着接收距离的增大,纤维直径逐渐变细,且线密度的均匀度增加,PLA MB/ES Nws的过滤效率增大,透气量降低。同时,还进一步在上述结构模型基础上,建立了用于表征过滤性能的过滤模型,并分析了过滤参数及不同层次结构参数对过滤性能的影响。 本文还采用三层BP神经网络模型分两步训练处理实验数据并进行复合工艺参数预测。结果表明,BP神经网络模型预测的过滤效率误差在±0.5%以内,透气量的误差在±2%以内,预测结果与实际用于表征产品性能的平均值之间的误差非常小,为优化工艺参数制备高效PLA MB/ES Nws过滤材料提供了依据。
【学位授予单位】:天津大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2009
【分类号】:TS176.5

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