高性能聚四氟乙烯中空纤维膜制备及表征课件.ppt

1、框架结构框架结构研究背景研究背景研究内容研究内容结果与分析结果与分析主要结论主要结论1234研究背景研究背景1、水污染严重、水资源短缺现状、水污染严重、水资源短缺现状2、膜技术的高质、高效、膜技术的高质、高效3、现有膜材料的短板、现有膜材料的短板4、PTFE膜材料的优势膜材料的优势u 制膜工艺制膜工艺1、NIPS法（浸没沉淀相转化法）法（浸没沉淀相转化法）材料：材料：CA及其衍生物、及其衍生物、PVDF、PSF、PAN（聚丙烯腈）（聚丙烯腈）特点：可以完全溶于有机溶剂，特点：可以完全溶于有机溶剂，并且在非溶剂中析出。并且在非溶剂中析出。优点：制备工艺条件容易控制，优点：制备工艺条件容易控制，配

2、方多样化配方多样化缺点：需要调整的条件多，使用缺点：需要调整的条件多，使用大量有机溶剂，污染环境，成品大量有机溶剂，污染环境，成品必须在水中保存，强度差。必须在水中保存，强度差。研究背景研究背景研究背景研究背景u 制膜工艺制膜工艺2、TIPS法（热致相分离法）法（热致相分离法）材料：材料：PP、PVDF特点：找到熔融状态下可以完全混特点：找到熔融状态下可以完全混熔的液态稀释剂。熔的液态稀释剂。优点：热法加工强度高，生产效率优点：热法加工强度高，生产效率高，适合大批量生产，对环境影响高，适合大批量生产，对环境影响小。小。缺点：熔融加工条件控制较难，对缺点：熔融加工条件控制较难，对性能控制较差性能

3、控制较差研究背景研究背景u 制膜工艺制膜工艺3、熔融法、熔融法材料：材料：PP、HDPE、PVDF特点：结晶聚合物，可加工成硬弹特点：结晶聚合物，可加工成硬弹性材料。性材料。优点：成本低，对环境污染小，制优点：成本低，对环境污染小，制备工艺较简单。备工艺较简单。缺点：合适的材料少，孔隙率低，缺点：合适的材料少，孔隙率低，对微孔控制较难。对微孔控制较难。研究背景研究背景u 制膜工艺制膜工艺4、糊料挤出拉伸法、糊料挤出拉伸法材料：材料：PTFE特点：不溶于任何溶剂，无法熔融特点：不溶于任何溶剂，无法熔融加工，冷挤出可以拉伸出纤维。加工，冷挤出可以拉伸出纤维。优点：强度高、耐溶剂好、耐高低优点：强度

4、高、耐溶剂好、耐高低温，无污染，通量大，截留效果好。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。缺点：加工参数多，且难控制孔径。研究内容研究内容1、制备出高性能PTFE膜材料2、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研究概述-聚四氟乙烯的英文名称是聚四氟乙烯的英文名称是 polytetrafluoroethepolytetrafluoroethenene,简称是简称是PTFEPTFE。聚四氟乙烯是一种有白色蜡状感。聚四氟乙烯是一种有白色蜡状感觉的直链

5、晶型热塑性材料，表面手感光滑，其制品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：子结构如图：-图中可以看出：图中可以看出：PTFEPTFE具有高分子长链结构，无直链，分子链高度规整，大分具有高分子长链结构，无直链，分子链高度规整，大分子两侧全部为子两侧全部为C-FC-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，是一个非常稳

6、定的结构。价键相结合且具有较高键能，是一个非常稳定的结构。PTFEPTFE中的氟原子排列起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。互排斥，使整个大分子链呈螺旋结构。1.1.聚四氟乙烯的结构聚四氟乙烯的结构研究概述研究概述成膜原理成膜原理 PTFEPTFE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（压坯颗粒在力作用下会形成微纤维（压坯过程）。拉伸过程）。拉伸过程中微纤维

7、被过程中微纤维被拉出，形成特殊的结点和纤维的结构，同时强度拉出，形成特殊的结点和纤维的结构，同时强度提高。拉伸提高。拉伸后具有后具有回缩性，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。下来。研究概述研究概述制备工艺制备工艺研究思路研究思路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论文要点 一、一、原料及配比1.聚合物及助剂牌号SSGPar

8、ticle Size（m）RRF2052.169550150F1062.158560300助剂名称型号沸程（）密度（g/cm3）石油醚901200.670.7石蜡油3000.83液态硅油3000.96溶剂油埃克森美孚Isopar163-1760.748F205F106编号编号12345配比100：16100：18100：19100：20100：222、配比选择论文要点论文要点二、挤出成型压缩比样品编号长径比压缩比平均断裂强度平均断裂伸长率184:31004.4135.75284:31356.4125.682.1500 2.2000 2.2500 2.3000 2.3500 2.4000 2.4

9、500 050100150密度密度 g/cm距离距离 cm12 样品论文要点论文要点二、挤出成型长径比样品编号长径比压缩比断裂强度断裂伸长率145:31356.0228.42 284:31356.41 25.68 3120:31356.27 26.91 论文要点论文要点020406080100120140160789101112150200250300断裂伸长率（断裂伸长率（%）断裂强度（断裂强度（MPa）拉伸温度（拉伸温度（）断裂强度断裂伸长率三、拉伸成孔1、拉伸条件控制：拉伸温度（m）论文要点论文要点1702202502、拉伸条件控制：拉伸速度（m）论文要点论文要点100mm/min200

10、mm/min400mm/min3、拉伸条件控制：拉伸倍率（m）论文要点论文要点100%200%300%样品拉伸率（%）熔融热焓H(j/g)结晶度Xc（%）基膜64.5893.5510062.9891.2420057.5683.3830051.9375.29拉伸温度()熔融热焓H(j/g)结晶度Xc(%)基膜64.5893.5517056.3983.3822049.0272.4725043.1763.8228036.0953.364、拉伸工艺对聚合物结晶度的影响（DSC法）论文要点论文要点050010001500200025003000350040004500500010121416182022

11、2426283032Intensity（Counts）Two-Theta（deg）220拉伸250拉伸4、拉伸温度对聚合物结晶度的影响（XRD法）论文要点论文要点5、拉伸过程对取向的影响（拉曼偏振光法）论文要点论文要点6、烧结温度、烧结时间与烧结度的关系论文要点论文要点烧结4min3457、烧结条件控制：烧结度论文要点论文要点051015202502468占百分比（占百分比（%）孔径（孔径（m）涂覆前涂覆后编号涂覆前通量（L/（*s）涂覆后通量（L/（*s）113651025213658528、涂覆工艺对微孔分布和纯水通量的影响论文要点论文要点结论结论调整原料分子量、助剂种类、原料助剂配比、挤

12、出温度、挤出速度、挤出调整原料分子量、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，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：分子量为试和评估，结果表明：分子量为800万的万的F106作为原料可以提高基膜断裂强度；作为原料可以提高基膜断裂强度；选用选用IsoparH溶剂油作为助剂，基膜易于挤出，且强度大；当树脂助剂比为溶剂油作为助剂，基膜易于

13、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；挤出最佳温度为温度为5070；挤出口模最佳参数选择为锥度；挤出口模最佳参数选择为锥度50，长径比为，长径比为135，压缩比，压缩比为为84：3，此时制备的基膜强度大，均匀性好；拉伸最佳温度为，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，拉伸最佳速度为佳速度为400mm/min，拉伸最佳倍率为，拉伸最佳倍率为400%；烧结最佳温度为；烧结最佳温度为345，此温度，此温度下烧结最佳时间为下烧结最佳时间为2min。采用乳液涂覆

14、和平板膜涂覆均可以达到孔径控制的目。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。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维结点的结构不断重叠。结点的结构不断重叠。2、孔径分布和孔径分布和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。小，纤维数量越多，孔径越小，截留效果越好。3、对比、对比SEM和结晶度得知

15、，拉伸过程中对微孔的影响是两种作用的结和结晶度得知，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。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中空纤维膜的结晶度和和SEM对比对比结果表明，在未烧结情况下结晶度结果表明，在未烧结情况下结晶度与纤维量呈反比关系，与纤维量呈反比关系，此时此时纤维的拉出破坏了结晶结构导致结晶度的下降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的下降，同时结晶度也下降。因此烧结后，纤维的融结会导致纤维数量的下降，同时结晶度也下降。因此可以可以利用结晶度表征纤维数量。利用结晶度表征纤维数量。5、结晶度测试结果和断裂强度的数据表明，结晶度与断裂强度呈反比，结晶度测试结果和断裂强度的数据表明，结晶度与断裂强度呈反比，因此烧结度越高断裂强度越大。因此烧结度越高断裂强度越大。存在的问题存在的问题u单向拉伸的影响单向拉伸的影响u设备局限性设备局限性u涂覆必要性和原理涂覆必要性和原理u其他工艺探索其他工艺探索