熔紡-拉伸法制備高性能聚丙烯中空纖維膜的研究.pdf

1、本文以聚丙烯（PP）為原料，采用熔紡-拉伸法（MS-S）制備聚丙烯中空纖維微孔膜。按照熔紡拉伸法中空纖維膜的制備流程，首先研究了牽伸速率對聚丙烯中空纖維膜結(jié)構(gòu)及性能的影響，而后考察了退火熱處理條件對聚丙烯中空纖維膜結(jié)構(gòu)與性能的影響；最后探討了拉伸后處理工藝對聚丙烯中空纖維膜結(jié)構(gòu)及性能的影響。采用DSC法測定了聚丙烯中空纖維的結(jié)晶度，進一步用小角X射線散射表征了纖維的結(jié)晶性能，同時測量了纖維的彈性回復(fù)率。采用場發(fā)射掃描電子顯微鏡觀察了中空

2、纖維微孔膜的表面結(jié)構(gòu)，同時采用自制的水通量測試裝置測量中空纖維膜的水通量，采用密度法測定中空纖維膜的孔隙率。最后得到了本研究范圍內(nèi)最優(yōu)的中空纖維膜制備工藝。
　　研究表明，隨著牽伸速率增大，中空纖維彈性回復(fù)率、微孔結(jié)構(gòu)均勻性、孔隙率及水通量隨之增加，牽伸速率為420m/min時達到最大，而纖維結(jié)晶度則是先增大后減小，牽伸速率為350m/min時達到最大，速率再增大時結(jié)晶度有略微減小。牽伸速率定為420m/min時得到中空纖維膜綜合

3、性能較好。
　　在牽伸速率為420m/min的條件下制備得到的初紡纖維及膜材料，隨著退火熱處理溫度的增加，纖維的結(jié)晶度、彈性回復(fù)率、微孔膜結(jié)構(gòu)規(guī)整性、孔隙率及水通量等性能均隨之增加，熱處理溫度為140℃時到達最大，當(dāng)溫度升高到150℃時，除了彈性回復(fù)率不變之外，中空纖維膜的其它各性能均有略微的下降。此外，退火熱處理時，對中空纖維所施加的外力也對中空纖維及微孔膜性能有一定影響。結(jié)果表明熱處理過程中外力對分子鏈段的重排結(jié)晶產(chǎn)生一定的限

4、制，影響結(jié)晶區(qū)（RF）、過渡區(qū)(RAF)以及非晶區(qū)(MAF)的厚度及結(jié)構(gòu)。最后得到結(jié)構(gòu)及性能不同的中空纖維膜。實驗表明，在不作約束的情況下進行熱處理得到的中空纖維膜性能最優(yōu)，這與以往的研究結(jié)果有所不同。
　　在硬彈性纖維拉伸致孔過程中，總拉伸比例、冷拉伸比例、拉伸速度以及拉伸熱定型溫度都對微纖的形成有一定影響。總拉伸比例及冷拉伸比例過大都會造成微纖的斷裂而出現(xiàn)微孔閉合或者部分堆積片晶不被拉開等現(xiàn)象。而拉伸速率過大會使松弛時間短的片

5、晶部分首先形成微纖導(dǎo)致形成微孔結(jié)構(gòu)不均勻。同時在片晶不發(fā)生熔融的情況下，拉伸熱定型溫度越高分子鏈段活動性越好，得到微孔結(jié)構(gòu)也相應(yīng)會更好。最后得到最優(yōu)的拉伸后處理工藝條件為：總拉伸比例200％，冷拉伸比例20%，拉伸速率12mm/min，拉伸熱定型溫度為140℃。
　　為了提高聚丙烯中空纖維膜的親水性，在得到本研究范圍內(nèi)最優(yōu)制備工藝之后，采用共混改性以及表面改性的方法對聚丙烯中空纖維膜進行了改性。實驗表明，共混親水劑HL-560對聚

6、丙烯的結(jié)晶性能影響較大，隨著親水劑含量的增加，聚丙烯結(jié)晶度、纖維彈性回復(fù)率、孔隙率、微孔數(shù)量及結(jié)構(gòu)規(guī)整性都隨之下降。水通量相比未改性的中空纖維膜有所提高，但抗污染性能變化不大。結(jié)果表明親水劑和聚丙烯共混比為100：5時得到微孔膜親水性的綜合性能較好。水通量從96L/m2·h上升到了131L/m2·h。水通量恢復(fù)率從55%提高到了61%。
　　而采用表面改性的方法得到的親水效果相對較好，該方法得到的中空纖維親水膜微孔結(jié)構(gòu)、孔隙率等性