高性能聚四氟乙烯中空纤维膜制备及表征

1、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

2、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、

3、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

4、，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

5、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,F205,F106,2、配比选择,论文要点,二、挤出成型压缩比,论文要点,二、挤出成型长径比,论文要点,三、拉伸成孔 1、拉伸条件控制：拉伸温度,（m）,论文要点,170,220,250,2、拉伸条件控制：拉伸速度,（m）,论文要点,100mm/min,200mm/min,400mm/min,3、拉伸条件控制：拉伸倍率,（m）,论文要点,100%,200%,300%,4、拉伸工艺对聚合物结晶度的影响（

6、DSC法）,论文要点,4、拉伸温度对聚合物结晶度的影响（XRD法）,论文要点,5、拉伸过程对取向的影响（拉曼偏振光法）,论文要点,6、烧结温度、烧结时间与烧结度的关系,论文要点,烧结4min,345,7、烧结条件控制：烧结度,论文要点,8、涂覆工艺对微孔分布和纯水通量的影响,论文要点,结论,调整原料分子量、助剂种类、原料助剂配比、挤出温度、挤出速度、挤出口模参数、拉伸温度、拉伸速度、拉伸倍率、烧结温度和烧结时间等工艺参数，对膜材料的断裂强度、密度分布、通量、截留率等性能进行测定分析，经过测试和评估，结果表明：分子量为800万的F106作为原料可以提高基膜断裂强度；选用IsoparH溶剂油作为助

7、剂，基膜易于挤出，且强度大；当树脂助剂比为100:19时，挤出基膜强度最大，上升或降低配比均会导致强度下降；挤出最佳温度为5070；挤出口模最佳参数选择为锥度50，长径比为135，压缩比为84：3，此时制备的基膜强度大，均匀性好；拉伸最佳温度为250，拉伸最佳速度为400mm/min，拉伸最佳倍率为400%；烧结最佳温度为345，此温度下烧结最佳时间为2min。采用乳液涂覆和平板膜涂覆均可以达到孔径控制的目的，但会影响纯水通量，涂覆控制孔径的方法可以继续深入研究。,结论,1、SEM观察内表面观察发现，聚四氟乙烯中空纤维膜微孔结构是纤维结点的结构不断重叠。 2、孔径分布和SEM对比结果表明，纤维数量的多少会直接影响孔径大小，纤维数量越多，孔径越小，截留效果越好。 3、对比SEM和结晶度得知，拉伸过程中对微孔的影响是两种作用的结果，一方面拉伸会产生纤维，一方面高温会导致纤维融结。 4、中空纤维膜的结晶度和SEM对比结果表明，在未烧结情况下结晶度与纤维量呈反比关系，此时纤维的拉出破坏了结晶结构导致结晶度的下降；烧结后，纤维的融结会导致纤维数量