选择性渗透膜材料、传质模型及生化防护机理的研究

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1、东华大学博士学位论文选择性渗透膜材料、传质模型及生化防护机理的研究姓名：郝新敏申请学位级别：博士专业：纺织材料与纺织品设计指导教师：张建春20040401摘要东华大学博士学位论文选择性渗透膜材料、传质模型及生化防护机理的研究摘要本文采用选择性渗透膜作为生物化学战剂防护材料的主体，对薄膜成型加工过程、传质机理、防护机理等方面进行了系统研究。1、通过广角x射线衍射(WAXD)、差示扫描量热法(DSC)、扫描电镜(SEM)、场发射、孔径分析等测试，对聚四氟乙烯(PTFE)薄膜的形态结构和结晶结构进行了较全面的研究。拉伸和固化工艺参数与薄膜结构性能密切相关。拉伸倍数越大，固化温度越高，薄膜孔隙率和孔

2、径越大；横向扩幅速度越高，孔隙率越大，孑L径越小。拉伸和固化等加工降低了PTFE的结晶度。经过高温固化后，PTFE薄膜结构稳定，断裂伸长率下降。2、采用聚氨酯(PU)涂层和共同拉伸法发明了两种PTFE／PU选择性渗透膜，通过SEM观察得出，Pu涂层膜上存在大量因溶剂挥发等原因形成的微孔，而共同拉伸复合膜中PU层致密无孔。PTFE／PU选择性渗透膜为生化防护材料的研制奠定了基础。3、自行设计加工了气体透过测试仪，并依此研究了气体透过机理。得出，气体分子在努森扩散和粘性流动共存下透过PTFE膜孔，气体透过系数与膜阻力厚度成反比，与平均孔半径的3．68次方成线性关系，与分子量的0．5次方成反比。在

3、传质机理的指引下，采用基带高温焊接和共同拉伸技术研制了PTFE／PTFE非对称复合薄膜。由于原纤间的交叉覆盖，降低了孔径。在相同的工艺条件下，平均孔径由0．560“m降至0．369pm，大大降低了气体透过系数，提高了对大分子毒气的的防护性能。气体分子透过PTFE／PU选择渗透膜符合溶解一扩散机理，气体在Pu中的透过速率是整个复合膜材料透过速率的控制步骤。4、采用干燥剂法系统测试、分析了薄膜透湿的影响因素。结果表明：(1)对于PTFE薄膜，在实验范围内，孔隙率、孔径和厚度等结构参数对其透湿影响很小，透湿的主要影响因素是环境温度和湿度。(2)对于共同拉伸PTFE／PU选择性渗透膜，水分子先在致密

4、PU膜摘要东华大学博士学位论文上吸附溶解，然后扩散到PTFE膜表面，再依靠分子微孔透湿扩散到吸湿材料表面，其机理基本符合溶解～扩散模型，Pu致密膜的透湿过程是决定PTFE／PU复合膜透湿速率的关键。选择性渗透膜的透湿量与同等厚度PU致密膜接近，与PU膜厚度、温度及湿度等相关。(3)对于涂层法PTFE／PU选择性渗透膜透湿机理与共同拉伸PTFE／PU膜相同，只是Pu层存在微孔，透湿量明显高于同等PU厚度共同拉伸膜。5、本文创造性地采用PU涂层PTFE／PU选择性渗透膜作为生物战剂的主体防护材料，并系统研究了其防病毒、透湿、防水等性能，结果表明，防病毒性能>99％，透湿量>100009／m224

5、h，从根本上解决了病毒防护与透湿之间的矛盾。将这种材料与织物层压研制了具有优良的防血液和体液渗透、防水、抑菌、抗静电、阻燃等性能的复合织物，可用于生物和医用防护服装。利用该技术制成的可重复使用SARS防护服在2003年抗击SARS的战斗中发挥了重要作用。6、本文提出了一种全新的化学毒剂防护理念，即通过薄膜表面改性技术，降低薄膜界面张力，使毒剂在表面不铺展、润湿，加上复合膜的高耐水压性，保证化学战剂液体不会渗透；与此同时，致密膜与小孔径结合减少了毒气的透过，再依靠活性碳纤维吸附少量透过的毒剂气体，达到完全隔绝毒剂气体的目的。将改性共同拉伸PTFE／PU膜层压织物与活性碳纤维非织造布结合用作化学

6、防护材料，其芥子气360min液一液耐压透性大于147Pa、液一气和气一气防毒时间均大于360min，达到了军标要求；透湿量为63199／m224h，耐水压大于200kPa，具有防生化、防风、高耐水压和透湿舒适等优点。7、PTFE选择渗透膜层压织物具有良好的生化防护性能，同时具备优异的透湿、防水、防风等性能，既可作为全天侯防护服装材料使用，还可作为生化防护关键材料使用，实现了商防护、多功能与高舒适的统一。关键词：聚四氟乙烯薄膜，选择性渗透膜，传质，生化防护，防护机理博士生：郝新敏指导导师：张建春教授AbstractDoctoralDissertationofDongHunUniversity

7、StudyellSelectivelyPermeableMembraneMaterials，TheirMassTransportModelandMechanismofBiologicalandChemicalProtectionUsingselectivelypermeablemembraneastheprincipalprotectivematerial，thisthesisextensivelystudi