高性能聚四氟乙烯中空纖維膜制備及表征

1、編輯課件1編輯課件編輯課件框架結(jié)構(gòu)框架結(jié)構(gòu)研究背景研究背景研究?jī)?nèi)容研究?jī)?nèi)容結(jié)果與分析結(jié)果與分析主要結(jié)論主要結(jié)論1234編輯課件編輯課件研究背景研究背景1、水污染嚴(yán)重、水資源短缺現(xiàn)狀、水污染嚴(yán)重、水資源短缺現(xiàn)狀2、膜技術(shù)的高質(zhì)、高效、膜技術(shù)的高質(zhì)、高效3、現(xiàn)有膜材料的短板、現(xiàn)有膜材料的短板4、PTFE膜材料的優(yōu)勢(shì)膜材料的優(yōu)勢(shì)編輯課件編輯課件u 制膜工藝制膜工藝1、NIPS法（浸沒(méi)沉淀相轉(zhuǎn)化法）法（浸沒(méi)沉淀相轉(zhuǎn)化法）材料：材料：CA及其衍生物、及其衍生物、PVDF、PSF、PAN（聚丙烯腈）（聚丙烯腈）特點(diǎn)：可以完全溶于有機(jī)溶劑，特點(diǎn)：可以完全溶于有機(jī)溶劑，并且在非溶劑中析出。并且在非溶劑中析出。

2、優(yōu)點(diǎn)：制備工藝條件容易控制，優(yōu)點(diǎn)：制備工藝條件容易控制，配方多樣化配方多樣化缺點(diǎn)：需要調(diào)整的條件多，使用缺點(diǎn)：需要調(diào)整的條件多，使用大量有機(jī)溶劑，污染環(huán)境，成大量有機(jī)溶劑，污染環(huán)境，成品必須在水中保存，強(qiáng)度差。品必須在水中保存，強(qiáng)度差。研究背景研究背景編輯課件編輯課件研究背景研究背景u 制膜工藝制膜工藝2、TIPS法（熱致相分離法）法（熱致相分離法）材料：材料：PP、PVDF特點(diǎn)：找到熔融狀態(tài)下可以完全混特點(diǎn)：找到熔融狀態(tài)下可以完全混熔的液態(tài)稀釋劑。熔的液態(tài)稀釋劑。優(yōu)點(diǎn)：熱法加工強(qiáng)度高，生產(chǎn)效率優(yōu)點(diǎn)：熱法加工強(qiáng)度高，生產(chǎn)效率高，適合大批量生產(chǎn)，對(duì)環(huán)境高，適合大批量生產(chǎn)，對(duì)環(huán)境影響小。影響小。缺

3、點(diǎn)：熔融加工條件控制較難，對(duì)缺點(diǎn)：熔融加工條件控制較難，對(duì)性能控制較差性能控制較差編輯課件編輯課件研究背景研究背景u 制膜工藝制膜工藝3、熔融法、熔融法材料：材料：PP、HDPE、PVDF特點(diǎn)：結(jié)晶聚合物，可加工成硬彈特點(diǎn)：結(jié)晶聚合物，可加工成硬彈性材料。性材料。優(yōu)點(diǎn)：成本低，對(duì)環(huán)境污染小，制優(yōu)點(diǎn)：成本低，對(duì)環(huán)境污染小，制備工藝較簡(jiǎn)單。備工藝較簡(jiǎn)單。缺點(diǎn)：合適的材料少，孔隙率低，缺點(diǎn)：合適的材料少，孔隙率低，對(duì)微孔控制較難。對(duì)微孔控制較難。編輯課件編輯課件研究背景研究背景u 制膜工藝制膜工藝4、糊料擠出拉伸法、糊料擠出拉伸法材料：材料：PTFE特點(diǎn)：不溶于任何溶劑，無(wú)法熔融特點(diǎn)：不溶于任何溶劑

4、，無(wú)法熔融加工，冷擠出可以拉伸出纖維。加工，冷擠出可以拉伸出纖維。優(yōu)點(diǎn)：強(qiáng)度高、耐溶劑好、耐高低優(yōu)點(diǎn)：強(qiáng)度高、耐溶劑好、耐高低溫，無(wú)污染，通量大，截留效溫，無(wú)污染，通量大，截留效果好。果好。缺點(diǎn)：加工參數(shù)多，且難控制孔徑。缺點(diǎn)：加工參數(shù)多，且難控制孔徑。編輯課件編輯課件研究?jī)?nèi)容研究?jī)?nèi)容1、制備出高性能PTFE膜材料2、探索制備工藝、結(jié)構(gòu)、性能的關(guān)系3、探索控制微孔孔徑的方法工藝條件對(duì)微孔大小和均勻性的影響微孔結(jié)構(gòu)與微孔大小的關(guān)系制備工藝對(duì)結(jié)晶度的影響結(jié)晶度與力學(xué)性能的關(guān)系編輯課件編輯課件研究概述研究概述- 聚四氟乙烯的英文名稱是聚四氟乙烯的英文名稱是 polytetrafluoroethenp

5、olytetrafluoroethene,e,簡(jiǎn)稱是簡(jiǎn)稱是PTFEPTFE。聚四氟乙烯是一種有白色蠟狀感覺(jué)。聚四氟乙烯是一種有白色蠟狀感覺(jué)的直鏈晶型熱塑性材料，表面手感光滑，其制品表的直鏈晶型熱塑性材料，表面手感光滑，其制品表觀隨其結(jié)晶度不同呈透明或不透明狀態(tài)，一般是結(jié)觀隨其結(jié)晶度不同呈透明或不透明狀態(tài)，一般是結(jié)晶度越高透明性越差。聚四氟乙烯的結(jié)構(gòu)式及分子晶度越高透明性越差。聚四氟乙烯的結(jié)構(gòu)式及分子結(jié)構(gòu)如圖：結(jié)構(gòu)如圖：-圖中可以看出：圖中可以看出：PTFEPTFE具有高分子長(zhǎng)鏈結(jié)構(gòu)，無(wú)直鏈，分子鏈高度規(guī)整，大分子具有高分子長(zhǎng)鏈結(jié)構(gòu)，無(wú)直鏈，分子鏈高度規(guī)整，大分子兩側(cè)全部為兩側(cè)全部為C-FC-F

6、鍵，每個(gè)碳原子連接兩個(gè)氟原子完全對(duì)稱。這兩種元素以共價(jià)鍵，每個(gè)碳原子連接兩個(gè)氟原子完全對(duì)稱。這兩種元素以共價(jià)鍵相結(jié)合且具有較高鍵能，是一個(gè)非常穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)。鍵相結(jié)合且具有較高鍵能，是一個(gè)非常穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)。PTFEPTFE中的氟原子排列起來(lái)中的氟原子排列起來(lái)可以把碳原子屏蔽保護(hù)起來(lái)，分子鏈難以遭到破壞。而又由于氟原子之間相互可以把碳原子屏蔽保護(hù)起來(lái)，分子鏈難以遭到破壞。而又由于氟原子之間相互排斥，使整個(gè)大分子鏈呈螺旋結(jié)構(gòu)。排斥，使整個(gè)大分子鏈呈螺旋結(jié)構(gòu)。1. 1. 聚四氟乙烯的結(jié)構(gòu)聚四氟乙烯的結(jié)構(gòu)編輯課件編輯課件研究概述研究概述成膜原理成膜原理 PTFEPTFE顆粒受到定向的力的作用下，會(huì)重新取向，

7、并兩個(gè)相鄰的顆粒受到定向的力的作用下，會(huì)重新取向，并兩個(gè)相鄰的顆粒在力作用下會(huì)形成微纖維（壓坯過(guò)程）。拉伸過(guò)程中微纖維被顆粒在力作用下會(huì)形成微纖維（壓坯過(guò)程）。拉伸過(guò)程中微纖維被拉出，形成特殊的結(jié)點(diǎn)和纖維的結(jié)構(gòu)，同時(shí)強(qiáng)度提高。拉伸后具有拉出，形成特殊的結(jié)點(diǎn)和纖維的結(jié)構(gòu)，同時(shí)強(qiáng)度提高。拉伸后具有回縮性，在張力作用下燒結(jié)可以使結(jié)點(diǎn)和纖維結(jié)構(gòu)固定下來(lái)?；乜s性，在張力作用下燒結(jié)可以使結(jié)點(diǎn)和纖維結(jié)構(gòu)固定下來(lái)。編輯課件編輯課件研究概述研究概述制備工藝制備工藝編輯課件編輯課件研究思路研究思路Doc. number 制備工藝結(jié)構(gòu)性能表征應(yīng)用微孔結(jié)構(gòu)取向結(jié)構(gòu)結(jié)晶結(jié)構(gòu)原料選擇擠出工藝?yán)旃に嚐Y(jié)工藝涂覆工藝力學(xué)性

8、能微孔性能通水性能泡點(diǎn)法測(cè)試微孔孔徑斷裂強(qiáng)度表征力學(xué)性能SEM觀察微孔結(jié)構(gòu)通量表征通水性能污水處理通量大強(qiáng)度高孔徑分布均勻且可控編輯課件編輯課件論文要點(diǎn)論文要點(diǎn) 一、一、原料及配比1. 聚合物及助劑牌號(hào)SSGParticle Size（m）RRF2052.169550150F1062.158560300助劑名稱型號(hào)沸程（）密度（g/cm3）石油醚901200.670.7石蠟油3000.83液態(tài)硅油3000.96溶劑油?？松梨贗sopar163-1760.748F205F106編輯課件編輯課件編號(hào)編號(hào)12345配比100：16100：18100：19100：20100：222、配比選擇論文要點(diǎn)

9、論文要點(diǎn)編輯課件編輯課件二、擠出成型壓縮比樣品編號(hào)長(zhǎng)徑比壓縮比平均斷裂強(qiáng)度平均斷裂伸長(zhǎng)率184:31004.4135.75284:31356.4125.68論文要點(diǎn)論文要點(diǎn)編輯課件編輯課件二、擠出成型長(zhǎng)徑比樣品編號(hào)長(zhǎng)徑比壓縮比斷裂強(qiáng)度斷裂伸長(zhǎng)率145:31356.0228.42 284:31356.41 25.68 3120:31356.27 26.91 論文要點(diǎn)論文要點(diǎn)編輯課件編輯課件三、拉伸成孔1、拉伸條件控制：拉伸溫度（m）論文要點(diǎn)論文要點(diǎn)170220250編輯課件編輯課件2、拉伸條件控制：拉伸速度（m）論文要點(diǎn)論文要點(diǎn)100mm/min200mm/min400mm/min編輯課件編輯課

10、件3、拉伸條件控制：拉伸倍率（m）論文要點(diǎn)論文要點(diǎn)100%200%300%編輯課件編輯課件樣品拉伸率（%）熔融熱焓H(j/g)結(jié)晶度Xc（%）基膜64.5893.5510062.9891.2420057.5683.3830051.9375.29拉伸溫度()熔融熱焓H(j/g)結(jié)晶度Xc(%)基膜64.5893.5517056.3983.3822049.0272.4725043.1763.8228036.0953.364、拉伸工藝對(duì)聚合物結(jié)晶度的影響（DSC法）論文要點(diǎn)論文要點(diǎn)編輯課件編輯課件4、拉伸溫度對(duì)聚合物結(jié)晶度的影響（XRD法）論文要點(diǎn)論文要點(diǎn)編輯課件編輯課件5、拉伸過(guò)程對(duì)取向的影響（拉

11、曼偏振光法）論文要點(diǎn)論文要點(diǎn)編輯課件編輯課件6、燒結(jié)溫度、燒結(jié)時(shí)間與燒結(jié)度的關(guān)系論文要點(diǎn)論文要點(diǎn)燒結(jié)4min345編輯課件編輯課件7、燒結(jié)條件控制：燒結(jié)度論文要點(diǎn)論文要點(diǎn)編輯課件編輯課件編號(hào)涂覆前通量（L/（*s）涂覆后通量（L/（*s）113651025213658528、涂覆工藝對(duì)微孔分布和純水通量的影響論文要點(diǎn)論文要點(diǎn)編輯課件編輯課件結(jié)論結(jié)論調(diào)整原料分子量、助劑種類(lèi)、原料助劑配比、擠出溫度、擠出速度、擠出口調(diào)整原料分子量、助劑種類(lèi)、原料助劑配比、擠出溫度、擠出速度、擠出口模參數(shù)、拉伸溫度、拉伸速度、拉伸倍率、燒結(jié)溫度和燒結(jié)時(shí)間等工藝參數(shù)，模參數(shù)、拉伸溫度、拉伸速度、拉伸倍率、燒結(jié)溫度和燒

12、結(jié)時(shí)間等工藝參數(shù)，對(duì)膜材料的斷裂強(qiáng)度、密度分布、通量、截留率等性能進(jìn)行測(cè)定分析，經(jīng)過(guò)測(cè)對(duì)膜材料的斷裂強(qiáng)度、密度分布、通量、截留率等性能進(jìn)行測(cè)定分析，經(jīng)過(guò)測(cè)試和評(píng)估，結(jié)果表明：分子量為試和評(píng)估，結(jié)果表明：分子量為800萬(wàn)的萬(wàn)的F106作為原料可以提高基膜斷裂強(qiáng)度；作為原料可以提高基膜斷裂強(qiáng)度；選用選用IsoparH溶劑油作為助劑，基膜易于擠出，且強(qiáng)度大；當(dāng)樹(shù)脂助劑比為溶劑油作為助劑，基膜易于擠出，且強(qiáng)度大；當(dāng)樹(shù)脂助劑比為100:19時(shí)，擠出基膜強(qiáng)度最大，上升或降低配比均會(huì)導(dǎo)致強(qiáng)度下降；擠出最佳時(shí)，擠出基膜強(qiáng)度最大，上升或降低配比均會(huì)導(dǎo)致強(qiáng)度下降；擠出最佳溫度為溫度為5070；擠出口模最佳參數(shù)選擇

13、為錐度；擠出口模最佳參數(shù)選擇為錐度50，長(zhǎng)徑比為，長(zhǎng)徑比為135，壓縮比，壓縮比為為84：3，此時(shí)制備的基膜強(qiáng)度大，均勻性好；拉伸最佳溫度為，此時(shí)制備的基膜強(qiáng)度大，均勻性好；拉伸最佳溫度為250，拉伸最，拉伸最佳速度為佳速度為400mm/min，拉伸最佳倍率為，拉伸最佳倍率為400%；燒結(jié)最佳溫度為；燒結(jié)最佳溫度為345，此溫度，此溫度下燒結(jié)最佳時(shí)間為下燒結(jié)最佳時(shí)間為2min。采用乳液涂覆和平板膜涂覆均可以達(dá)到孔徑控制的目。采用乳液涂覆和平板膜涂覆均可以達(dá)到孔徑控制的目的，但會(huì)影響純水通量，涂覆控制孔徑的方法可以繼續(xù)深入研究。的，但會(huì)影響純水通量，涂覆控制孔徑的方法可以繼續(xù)深入研究。編輯課件編

14、輯課件結(jié)論結(jié)論 1、SEM觀察內(nèi)表面觀察發(fā)現(xiàn)，聚四氟乙烯中空纖維膜微孔結(jié)構(gòu)是纖觀察內(nèi)表面觀察發(fā)現(xiàn)，聚四氟乙烯中空纖維膜微孔結(jié)構(gòu)是纖維維結(jié)點(diǎn)的結(jié)構(gòu)不斷重疊。結(jié)點(diǎn)的結(jié)構(gòu)不斷重疊。 2、孔徑分布和孔徑分布和SEM對(duì)比結(jié)果表明，纖維數(shù)量的多少會(huì)直接影響孔徑大對(duì)比結(jié)果表明，纖維數(shù)量的多少會(huì)直接影響孔徑大小，纖維數(shù)量越多，孔徑越小，截留效果越好。小，纖維數(shù)量越多，孔徑越小，截留效果越好。 3、對(duì)比、對(duì)比SEM和結(jié)晶度得知，拉伸過(guò)程中對(duì)微孔的影響是兩種作用的結(jié)和結(jié)晶度得知，拉伸過(guò)程中對(duì)微孔的影響是兩種作用的結(jié)果，一方面拉伸會(huì)產(chǎn)生纖維，一方面高溫會(huì)導(dǎo)致纖維融結(jié)。果，一方面拉伸會(huì)產(chǎn)生纖維，一方面高溫會(huì)導(dǎo)致纖維融結(jié)。 4、中空纖維膜的結(jié)晶度中空纖維膜的結(jié)晶度和和SEM對(duì)比對(duì)比結(jié)果表明，在未燒結(jié)情況下結(jié)晶度結(jié)果表明，在未燒結(jié)情況下結(jié)晶度與纖維量呈反比關(guān)系，與纖維量呈反比關(guān)系，此時(shí)此時(shí)纖維的拉出破壞了結(jié)晶結(jié)構(gòu)導(dǎo)致結(jié)晶度的下降纖維的拉出破壞了結(jié)晶結(jié)構(gòu)導(dǎo)致結(jié)晶度的下降；燒結(jié)后，纖維的融結(jié)會(huì)導(dǎo)致纖維數(shù)量的下降，同時(shí)結(jié)晶度也下降。因此燒