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空调用加湿纤维膜材料的可控制备及性能研究

空调用加湿纤维膜材料的可控制备及性能研究

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作者：陈景秀东华大学

学位级别：硕士

空气相对湿度和空气温度一样,都是影响室内空气品质的关键因素,对人们的舒适度,身体健康以及工业生产具有十分重要的意义。过低的相对湿度会损伤人体的皮肤,降低人们的舒适度,甚至加快疾病传播,危害人体健康,并且容易产生静电积聚损坏... 详细信息

空气相对湿度和空气温度一样,都是影响室内空气品质的关键因素,对人们的舒适度,身体健康以及工业生产具有十分重要的意义。过低的相对湿度会损伤人体的皮肤,降低人们的舒适度,甚至加快疾病传播,危害人体健康,并且容易产生静电积聚损坏电子设备。因此,加湿在低湿度环境中是必要的。为了解决现有非织造布湿膜材料加湿量不足的问题,本课题以黏胶/涤纶(PET)纤维共混水刺非织造布(NW)为基材,通过湿度辅助静电纺丝方法成功制备了高度取向微纳米纤维复合膜,并在此基础上,在纤维表面构筑纳米级粗糙度以进一步提升其水分输送和蒸发性能,从而实现高效室内加湿。论文的主要工作包括以下几个方面:(1)通过湿度辅助静电纺丝法成功制备了高度取向NW/聚丙烯腈(PAN)微纳米纤维复合膜并探究了纺丝工艺。研究了不同聚合物浓度与环境相对湿度对纳米纤维膜形貌结构、纤维取向结构和加湿性能的影响,确定了相对最优的工艺参数。结果表明,当PAN聚合物浓度为10wt%,纤维成型良好且纺丝过程较稳定。在85%相对湿度下,纤维取向排列程度提高,增强了水分输送和蒸发性能,减小了空气压阻。此外,探究了纤维取向结构的成型机理,发现高湿度诱导电荷损失导致了纤维取向排列程度提高。随后研究了垂直方向上毛细芯吸和水平方向上水分扩散的机制,理论分析表明纤维排列结构的高度取向和纤维膜润湿性的提高可以产生协同效应,增强毛细管作用,以驱动水分快速输送和蒸发,有利于加湿性能的提升。(2)为进一步提高复合膜的润湿性能,通过将不同含量的亲水性二氧化硅纳米颗粒(SiO NPs)分别添加到PAN纺丝液中制备了超亲水取向NW/PAN-SiO微纳米纤维复合膜。随后详细分析了复合膜的表面形貌结构,表面化学组成,单纤维表面粗糙度和纤维膜润湿性能。实验结果表明,随着SiO NPs含量增加,纤维直径变粗,纤维间孔隙随之变大。添加纳米颗粒之后单纤维表面呈现出纳米级粗糙度特征,纤维膜润湿性显著提高,水分在纤维膜表面完全润湿只需要0.35s。当SiO NPs含量增加至30wt%时,SiO NPs团聚现象严重,堵塞了毛细孔道,导致纤维膜润湿性降低。综合来看,添加20wt%的SiO NPs所制备得到的纳米纤维膜润湿性能相对最好。(3)对超亲水取向NW/PAN-SiO微纳米纤维复合膜的加湿性能进行综合评价,并调控了复合膜的厚度实现相对最高加湿量。结果表明,制备得到的超亲水取向NW/PAN-SiO复合膜表现出优异的加湿性能:芯吸高度为19.5cm,吸水率为497.7%,水分蒸发速率为0.34m L/h,空气压降为14.4Pa。同时,黏胶/PET水刺非织造布基材具备一定的硬挺度,可以满足实际加湿应用的力学要求。另外,厚度在一定范围内增加有利于加湿量的提升,但是过高的厚度导致风阻增大,使得加湿量降低。当复合膜的厚度为580±10μm时,实现了相对最高的加湿量514m L/h,明显优于商用非织造布加湿膜材料。

关键词：加湿取向纳米纤维超亲水性水分输送和蒸发

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