高性能聚四氟乙烯中空纤维膜制备及表征浅析.ppt

高性能聚四氟乙烯中空纤维膜的制备及表征 框架结构 研究背景 研究内容 结果与分析 主要结论 1 2 3 4 研究背景 1、水污染严重、水资源短缺现状 2、膜技术的高质、高效 3、现有膜材料的短板 4、PTFE膜材料的优势 制膜工艺 1、NIPS法（浸没沉淀相转化法） 材料：CA及其衍生物、PVDF、PSF、PAN（聚丙烯腈） 特点：可以完全溶于有机溶剂，并且在非溶剂中析出。 优点：制备工艺条件容易控制，配方多样化 缺点：需要调整的条件多，使用大量有机溶剂，污染环境，成品必须在水中保存，强度差。 研究背景 研究背景 制膜工艺 2、TIPS法（热致相分离法） 材料：PP、PVDF 特点：找到熔融状态下可以完全混熔的液态稀释剂。 优点：热法加工强度高，生产效率高，适合大批量生产，对环境影响小。 缺点：熔融加工条件控制较难，对性能控制较差 研究背景 制膜工艺 3、熔融法 材料：PP、HDPE、PVDF 特点：结晶聚合物，可加工成硬弹性材料。 优点：成本低，对环境污染小，制备工艺较简单。 缺点：合适的材料少，孔隙率低，对微孔控制较难。 研究背景 制膜工艺 4、糊料挤出拉伸法 材料：PTFE 特点：不溶于任何溶剂，无法熔融加工，冷挤出可以拉伸出纤维。 优点：强度高、耐溶剂好、耐高低温，无污染，通量大，截留效果好。 缺点：加工参数多，且难控制孔径。 研究内容 1、制备出高性能PTFE膜材料 2、探索制备工艺、结构、性能的关系 3、探索控制微孔孔径的方法 工艺条件对微孔大小和均匀性的影响 微孔结构与微孔大小的关系 制备工艺对结晶度的影响 结晶度与力学性能的关系 研究概述 聚四氟乙烯的英文名称是 polytetrafluoroethene,简称是PTFE。聚四氟乙烯是一种有白色蜡状感觉的直链晶型热塑性材料，表面手感光滑，其制品表观随其结晶度不同呈透明或不透明状态，一般是结晶度越高透明性越差。聚四氟乙烯的结构式及分子结构如图： 图中可以看出：PTFE具有高分子长链结构，无直链，分子链高度规整，大分子两侧全部为C-F键，每个碳原子连接两个氟原子完全对称。这两种元素以共价键相结合且具有较高键能，是一个非常稳定的结构。PTFE中的氟原子排列起来可以把碳原子屏蔽保护起来，分子链难以遭到破坏。而又由于氟原子之间相互排斥，使整个大分子链呈螺旋结构。 1. 聚四氟乙烯的结构 研究概述 成膜原理 PTFE颗粒受到定向的力的作用下，会重新取向，并两个相邻的颗粒在力作用下会形成微纤维（压坯过程）。拉伸过程中微纤维被拉出，形成特殊的结点和纤维的结构，同时强度提高。拉伸后具有回缩性，在张力作用下烧结可以使结点和纤维结构固定下来。 研究概述 制备工艺 研究思路 Doc. number 制备工艺 结构 性能 表征 应用 微孔结构 取向结构 结晶结构 原料选择 挤出工艺 拉伸工艺 烧结工艺 涂覆工艺 力学性能 微孔性能 通水性能 泡点法测试微孔孔径 断裂强度表征力学性能 SEM观察微孔结构 通量表征通水性能 污水处理 通量大 强度高 孔径分布均匀且可控 论文要点 一、原料及配比 1. 聚合物及助剂 牌号 SSG Particle Size（μm） RR F205 2.169 550 150 F106 2.158 560 300 助剂名称 型号 沸程（℃） 密度（g/cm3） 石油醚 — 90~120 0.67~0.7 石蜡油 — 300 0.83 液态硅油 — 300 0.96 溶剂油 埃克森美孚Isopar 163-176 0.748 F205 F106 编号 1 2 3 4 5 配比 100：16 100：18 100：19 100：20 100：22 2、配比选择 论文要点 二、挤出成型—压缩比 样品编号 长径比 压缩比 平均断裂强度 平均断裂伸长率 1 84:3 100 4.41 35.75 2 84:3 135 6.41 25.68 论文要点 二、挤出成型—长径比 样品编号 长径比 压缩比 断裂强度 断裂伸长率 1 45:3 135 6.02 28.42 2 84:3 135 6.41 25.68 3 120:3 135 6.27 26.91 论文要点 三、拉伸成孔 1、拉伸条件控制：拉伸温度 （μm） 论文要点 170℃ 220℃ 250℃ 2、拉伸条件控制：拉伸速度 （μm） 论文要点 100mm/min 200mm/min 400mm/min 3、拉伸条件控制：拉伸倍率 （μm） 论文要点 100% 200% 300% 样品拉伸率 （%） 熔融热焓ΔH (j/g) 结晶度Xc （%） 基膜 64.58 93.55 100 62.98 91.24 200 57.56 83.38 300 51.93 75