高性能聚四氟乙高性能聚四氟乙烯中空中空纤维膜的制膜的制备及表征及表征 框架框架结构构研究背景研究背景研究内容研究内容结果与分析果与分析主要主要结论1234 研究背景研究背景1、水、水污染染严重、水重、水资源短缺源短缺现状状2、膜技、膜技术的高的高质、高效、高效3、、现有膜材料的短板有膜材料的短板4、、PTFE膜材料的膜材料的优势 u制膜工制膜工艺1、、NIPS法（浸没沉淀相法（浸没沉淀相转化法）化法）材料：材料：CA及其衍生物、及其衍生物、PVDF、、PSF、、PAN（聚丙（聚丙烯腈））特点：可以完全溶于有机溶特点：可以完全溶于有机溶剂，，并且在非溶并且在非溶剂中析出优点：制点：制备工工艺条件容易控制，条件容易控制，配方多配方多样化化缺点：需要缺点：需要调整的条件多，使用整的条件多，使用大量有机溶大量有机溶剂，，污染染环境，成境，成品必品必须在水中保存，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制膜工制膜工艺2、、TIPS法（法（热致相分离法）致相分离法）材料：材料：PP、、PVDF特点：找到熔融状特点：找到熔融状态下可以完全混下可以完全混熔的液熔的液态稀稀释剂优点：点：热法加工法加工强度高，生度高，生产效率效率高，适合大批量生高，适合大批量生产，，对环境境影响小。
影响小缺点：熔融加工条件控制缺点：熔融加工条件控制较难，，对性能控制性能控制较差差 研究背景研究背景u制膜工制膜工艺3、熔融法、熔融法材料：材料：PP、、HDPE、、PVDF特点：特点：结晶聚合物，可加工成硬晶聚合物，可加工成硬弹性材料优点：成本低，点：成本低，对环境境污染小，制染小，制备工工艺较简单缺点：合适的材料少，孔隙率低，缺点：合适的材料少，孔隙率低，对微孔控制微孔控制较难 研究背景研究背景u制膜工制膜工艺4、糊料、糊料挤出拉伸法出拉伸法材料：材料：PTFE特点：不溶于任何溶特点：不溶于任何溶剂，无法熔融，无法熔融加工，冷加工，冷挤出可以拉伸出出可以拉伸出纤维优点：点：强度高、耐溶度高、耐溶剂好、耐高低好、耐高低温，无温，无污染，通量大，截留效染，通量大，截留效果好缺点：加工参数多，且缺点：加工参数多，且难控制孔径控制孔径 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- 聚四氟乙聚四氟乙烯的英文名称是的英文名称是 polytetrafluoroethene,简称是称是PTFE。
聚四氟乙聚四氟乙烯是一种有白色蜡状感是一种有白色蜡状感觉的直的直链晶型晶型热塑性材料，表塑性材料，表面手感光滑，其制品表面手感光滑，其制品表观随其随其结晶度不同呈透明或晶度不同呈透明或不透明状不透明状态，一般是，一般是结晶度越高透明性越差聚四晶度越高透明性越差聚四氟乙氟乙烯的的结构式及分子构式及分子结构如构如图：：-图中可以看出：中可以看出：PTFE具有高分子具有高分子长链结构，无直构，无直链，分子，分子链高度高度规整，大分整，大分子两子两侧全部全部为C-F键，每个碳原子，每个碳原子连接两个氟原子完全接两个氟原子完全对称这两种元素以共两种元素以共价价键相相结合且具有合且具有较高高键能，是一个非常能，是一个非常稳定的定的结构PTFE中的氟原子排列中的氟原子排列起来可以把碳原子屏蔽保起来可以把碳原子屏蔽保护起来，分子起来，分子链难以遭到破坏而又由于氟原子之以遭到破坏而又由于氟原子之间相互排斥，使整个大分子相互排斥，使整个大分子链呈螺旋呈螺旋结构1. 聚四氟乙聚四氟乙烯的的结构构 研究概述研究概述成膜原理成膜原理 PTFE颗粒受到定向的力的作用下，会重新取向，并两个相粒受到定向的力的作用下，会重新取向，并两个相邻的的颗粒在力作用下会形成微粒在力作用下会形成微纤维（（压坯坯过程）。
拉伸程）拉伸过程中微程中微纤维被拉被拉出，形成特殊的出，形成特殊的结点和点和纤维的的结构，同构，同时强度提高拉伸后具有回度提高拉伸后具有回缩性，在性，在张力作用下力作用下烧结可以使可以使结点和点和纤维结构固定下来构固定下来 研究概述研究概述制制备工工艺 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 论文要点文要点 一、一、原料及配比1. 聚合物及助剂牌号SSGParticle Size（μm）RRF2052.169550150F1062.158560300助剂名称型号沸程（℃）密度（g/cm3）石油醚—90~1200.67~0.7石蜡油—>3000.83液态硅油—3000.96溶剂油埃克森美孚Isopar163-1760.748F205F106 编号号12345配比100：16100：18100：19100：20100：222、配比选择论文要点文要点 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184:31004.4135.75284:31356.4125.68论文要点文要点 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 论文要点文要点 三、拉伸成孔1、拉伸条件控制：拉伸温度（μm）论文要点文要点170℃220℃250℃ 2、拉伸条件控制：拉伸速度（μm）论文要点文要点100mm/min200mm/min400mm/min 3、拉伸条件控制：拉伸倍率（μm）论文要点文要点100%200%300% 样品拉伸率（%）熔融热焓ΔH(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ΔH(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）论文要点文要点 4、拉伸温度对聚合物结晶度的影响（XRD法）论文要点文要点 5、拉伸过程对取向的影响（拉曼偏振光法）论文要点文要点 6、烧结温度、烧结时间与烧结度的关系论文要点文要点烧结4min345℃ 7、烧结条件控制：烧结度论文要点文要点 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文要点 结论调调整整原原料料分分子子量量、、助助剂剂种种类类、、原原料料助助剂剂配配比比、、挤挤出出温温度度、、挤挤出出速速度度、、挤挤出出口口模模参参数数、、拉拉伸伸温温度度、、拉拉伸伸速速度度、、拉拉伸伸倍倍率率、、烧烧结结温温度度和和烧烧结结时时间间等等工工艺艺参参数数，，对对膜膜材材料料的的断断裂裂强强度度、、密密度度分分布布、、通通量量、、截截留留率率等等性性能能进进行行测测定定分分析析，，经经过过测测试试和和评评估估，，结结果果表表明明：：分分子子量量为为800万万的的F106作作为为原原料料可可以以提提高高基基膜膜断断裂裂强强度度；；选选用用IsoparH溶溶剂剂油油作作为为助助剂剂，，基基膜膜易易于于挤挤出出，，且且强强度度大大；；当当树树脂脂助助剂剂比比为为100:19时时，，挤挤出出基基膜膜强强度度最最大大，，上上升升或或降降低低配配比比均均会会导导致致强强度度下下降降；；挤挤出出最最佳佳温温度度为为50℃~70℃；；挤挤出出口口模模最最佳佳参参数数选选择择为为锥锥度度50°，，长长径径比比为为135，，压压缩缩比比为为84：：3，，此此时时制制备备的的基基膜膜强强度度大大，，均均匀匀性性好好；；拉拉伸伸最最佳佳温温度度为为250℃，，拉拉伸伸最最佳佳速速度度为为400mm/min，，拉拉伸伸最最佳佳倍倍率率为为400%；；烧烧结结最最佳佳温温度度为为345℃，，此此温温度度下下烧烧结结最最佳佳时时间间为为2min。
采采用用乳乳液液涂涂覆覆和和平平板板膜膜涂涂覆覆均均可可以以达达到到孔孔径径控控制制的的目目的，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 1、、SEM观察内表面察内表面观察察发现，聚四氟乙，聚四氟乙烯中空中空纤维膜微孔膜微孔结构是构是纤维—结点的点的结构不断重叠构不断重叠 2、、孔径分布和孔径分布和SEM对比比结果表明，果表明，纤维数量的多少会直接影响孔径大数量的多少会直接影响孔径大小，小，纤维数量越多，孔径越小，截留效果越好数量越多，孔径越小，截留效果越好 3、、对比比SEM和和结晶度得知，拉伸晶度得知，拉伸过程中程中对微孔的影响是两种作用的微孔的影响是两种作用的结果，一方面拉伸会果，一方面拉伸会产生生纤维，一方面高温会，一方面高温会导致致纤维融融结 4、、中空中空纤维膜的膜的结晶度晶度和和SEM对比比结果表明，在未果表明，在未烧结情况下情况下结晶度晶度与与纤维量呈反比关系，量呈反比关系，此此时纤维的拉出破坏了的拉出破坏了结晶晶结构构导致致结晶度的下降晶度的下降；；烧结后，后，纤维的融的融结会会导致致纤维数量的下降，同数量的下降，同时结晶度也下降。
因此晶度也下降因此可以可以利用利用结晶度表征晶度表征纤维数量 5、、结晶度晶度测试结果和断裂果和断裂强度的数据表明，度的数据表明，结晶度与断裂晶度与断裂强度呈反比，度呈反比，因此因此烧结度越高断裂度越高断裂强度越大 存在的存在的问题问题u单向拉伸的影响向拉伸的影响u设备局限性局限性u涂覆必要性和原理涂覆必要性和原理u其他工其他工艺探索探索 。