双螺杆挤出—拉伸法聚氨酯系中空纤维膜研究

来源 :天津工业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:wuhen_lu83
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本文量化考察了在线纺丝工艺对聚氨酯(PU)系中空纤维微孔膜结构的影响,分析和优化了后处理条件;同时在实验室条件下利用几种常见污染物对所得中空纤维膜的污染机理进行研究;将PU与乙烯-醋酸乙烯酯共聚物(EVA)共混,讨论了共混比对制得膜形貌及性能的影响;借助有限元模型从力学角度分析了聚氨酯系中空纤维膜承压后微孔结构的变化。  利用双螺杆挤出-拉伸法制得了PU系中空纤维膜,结合图像处理软件量化考察了凝固浴温度对制得膜孔结构的影响。研究发现,纺丝流体从喷丝头挤出后进入的第一段凝固浴温度对制得膜孔径大小及其分布有着显著影响;第一段凝固浴温度升高,可使中空纤维膜内、外径同时减小,同时,膜外表面孔隙率、贯通孔平均直径和外压水通量均提高;凝固浴温度与PU硬段玻璃化转变温度相关,初生中空纤维膜成形时径向温度梯度与膜表面孔结构的形成有关。  分别考察了松弛和紧张热定型对PU系中空纤维膜结构与性能的影响。研究发现,当后处理温度略高于聚氨酯硬段玻璃化转变温度时,制得膜水通量较高;综合考虑水通量、形貌、孔径分布和力学性能,确定PU系中空纤维膜最佳后处理条件为:3倍拉伸条件下,在50℃水浴中处理50min。  分别考察了无机物微粒和有机物对0.18-0.22μm的PU系中空纤维膜的污染机理。结果表明,无机物污染主要由膜表面形成滤饼层所引起的,通过简单反洗即可使水通量大幅度回复;有机物污染过程为:膜孔内吸附-膜表面沉积形成滤饼层,对于亲水性有机物海藻酸钠的污染可通过反洗较大幅度清除,而对于疏水性有机物腐植酸所引起的污染不能通过简单反洗进行清除。  将PU与EVA共混制得了PU/EVA共混中空纤维膜。当PU/EVA质量比为1∶3时,制得膜的孔径分布在0.11-0.26μm之间,且95%集中在0.11-0.13μm,较PU、EVA膜分布窄,且其水通量-压力循环曲线重合度较高。  利用有限元软件建立整体模型和微孔模型,分析了PU系中空纤维膜承压后孔结构的变化。研究发现,当压力低于0.1MPa时,计算值与实测值基本吻合,表明此区间膜水通量增大主要是由膜孔径增大所引起的,而当操作压力高于0.1MPa时,虽已考虑了孔径尺寸在此范围内发生的非线性增大,但实测值依然与计算值发生偏离,表明操作压力高于0.1MPa时,水通量增大的主要原因是孔隙率提高。
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