熔体微分电纺矿用防尘滤材制备及性能研究
熔体微分静电纺丝技术制备的微纳纤维滤膜具有高效低阻、绿色无污染等优点，在空气过滤领域具有广泛应用。为了解决传统矿用防尘滤膜过滤效率低、呼吸阻力大、有效使用时间短等问题，本文在对两个煤矿的粉尘物化性质分析的基础上，充分发挥熔体微分静电纺纤维滤膜的过滤优势，制备符合煤矿粉尘过滤要求的高效低阻聚乳酸（PLA）电纺滤膜，并对其进行矿下应用实验。在此基础上，加入聚丙烯酸钠（PAAS）进行吸湿改性，提升滤膜在矿下高湿环境的应用性能。对此，本论文有如下三个方面的研究，具体研究内容包括： （1）基于煤矿工人矿下高浓度粉尘个体防护问题，研究了两个煤矿粉尘的物化性质，并根据粉尘物化性质，确定符合煤矿粉尘过滤要求的熔体微分静电纺纤维滤膜纺丝及驻极工艺参数，且设计了具有分级过滤的机制的矿用防尘面罩和矿用防尘帘； （2）分析了电晕驻极和克重对熔体微分静电纺PLA微纳纤维滤膜稳态过滤性能的影响。结果表明：电晕驻极能够有效提升PLA电纺滤膜的过滤效率，克重在40-80g/m2时，过滤效率均在96%以上、阻力增幅平缓，低于市售矿用防尘滤膜，品质因子均高于市售矿用防尘滤膜。对驻极后的PLA电纺滤膜进行了矿下应用实验，实验结果验证了静电吸附效应对小粒径粉尘的过滤效果，与市售矿用防尘滤膜相比，经电晕驻极的PLA电纺滤膜可过滤粒径更小的粉尘；同时，粉尘留存性能均得到大幅提高。 （3）制备了PLA/PAAS复合滤膜，PAAS的加入能够有效改善滤膜在高湿环境的应用性能。PAAS质量分数为2%时，PLA/PAAS复合滤膜纤维平均直径为1.5μm，过滤效率达到98.78%，透湿量为3385.64g/(m2?24h)，具有优异的过滤性能和吸湿性能；与此同时，加入PAAS能够提高滤膜的降解率。 综上所述，本文使用绿色环保无污染的熔体微分静电纺丝技术制备了符合煤矿粉尘防护的PLA电纺滤膜和PLA/PAAS复合滤膜。本文的研究成果在拓展熔体微分电纺滤膜在煤矿工人个人防护领域新应用的同时，提出了通过个体防护降低尘肺病的可能性。
矿用防尘滤膜;熔体微分静电纺丝;聚乳酸;聚丙烯酸钠;煤矿粉尘;分级过滤
北京化工大学
硕士
机械工程
安瑛;郝卫华
2022
中文
TD714.4;TQ340.64
2022-11-04（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）