博士论文-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

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1、天津大学博士学位论文熔喷/静电纺复合法聚乳酸非织造布的制备及过滤性能研究姓名：刘亚申请学位级别：博士专业：材料学指导教师：成国祥;程博闻20090101中文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(PLAMB／ESNw)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(D

2、CD)等工艺参数，系统地研究了PLA熔喷非织造布(PLAMB)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4-3％以内，透气量平均值的误差在士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PLAMB的基础上，本文重

3、点研究了PLAMB／ESNws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PLAMB／ESNws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PLAMB／ESNws，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PLAMB／ESNws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，PLAMB／ESNws的过滤

4、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，PLAMB／ESNws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，PLAMB／ESNws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4-0．5％以内，透气量的误差在士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

5、艺参数制备高效PLAMB／ESNws过滤材料提供了依据。关键词：聚乳酸、熔喷／静电纺复合非织造布、过滤性能、BP神经网络模型、结构模型、过滤模型ABSTRACTPoly(1acticacid)(PLA)isallexcellentbiodegradablematerial．Throughnonwovenstechnologyitismadeintomeltbiowns(MB)．Thenthroughelectro‘spinning(ES)technologytheelectro—spinningfibersarespunontotheMBtoproducePLAMB／ESbi-lay

6、ernonwovens(MB／ESNws)anditisusedforfilt豫tions．UsingEStechnologyinsteadofelectretprocess，thePLAMB／ESNwsexhibitsbetterfiltrationperformancethanMBinthesameGSManditsfiltrationresistanceremainsunchanged．TheproduceprocessofPLAMB／ESMwsissimpleandlessenergycostsdunngitsproducing，SOthecostislow．Itexhibi

7、tsexcellentpanicleseparationperformanceduringtheairfiltrationprocess．Throughadjustingtheproductionparameters，suchashotairtemperature．velocity，thewidthofairgapanddietocollectordistance(DCD)，therelationshipbetweenthePLAMBtechnicalpa