擬六方和晶型熔噴聚丙烯的電荷穩(wěn)定性

擬六方和晶型熔噴聚丙烯的電荷穩(wěn)定性

0材料結(jié)晶劑的影響由于其特殊的電過(guò)濾機(jī)制，將顆粒泵儲(chǔ)存在具有綠色的極端。對(duì)于熔噴聚丙烯而言,其晶相結(jié)構(gòu)極易受到形成條件和后續(xù)處理?xiàng)l件的影響,不同晶相結(jié)構(gòu)的熔噴聚丙烯形成駐極體后其駐極體性能會(huì)有所差異,在熔噴聚丙烯駐極體空氣過(guò)濾材料中,尋找一種駐極體性能最佳的晶相結(jié)構(gòu)將有利于解決其過(guò)濾效果不佳和過(guò)濾效果衰減快等問(wèn)題.文獻(xiàn)[4]通過(guò)調(diào)控等規(guī)聚丙烯和無(wú)規(guī)聚丙烯的比例制成不同晶相結(jié)構(gòu)的聚丙烯駐極體材料,證明了高結(jié)晶度的聚丙烯具有更好的電荷儲(chǔ)存能力和電荷穩(wěn)定性.文獻(xiàn)[5]通過(guò)向熔噴聚丙烯中摻雜硬脂酸鹽和松香,通過(guò)摻雜改變?nèi)蹏娋郾┚嘟Y(jié)構(gòu),形成更高結(jié)晶度的熔噴聚丙烯.研究結(jié)果表明,隨著材料結(jié)晶度的提高,其電荷儲(chǔ)存能力和電荷存儲(chǔ)穩(wěn)定性得到了顯著改善.文獻(xiàn)[6]通過(guò)改變溫度對(duì)聚丙烯晶相結(jié)構(gòu)進(jìn)行調(diào)控,提高結(jié)晶度和晶粒尺寸能大幅提高其駐極體性能.通過(guò)向聚丙烯中摻入成核劑改變聚丙烯晶相結(jié)構(gòu)的研究也有很多.文獻(xiàn)[7]通過(guò)摻入α和β成核劑制備不同晶相結(jié)構(gòu)的聚丙烯薄膜,結(jié)果表明兩種晶型的聚丙烯駐極體薄膜的電荷儲(chǔ)存能力及穩(wěn)定性并沒(méi)有明顯差異.但對(duì)于擬六方晶型和α晶型的電荷儲(chǔ)存能力和穩(wěn)定性及其過(guò)濾效果的比較研究報(bào)道還未曾見(jiàn)到.本文在自行設(shè)計(jì)的微型熔噴實(shí)驗(yàn)機(jī)上,制備得到了擬六方晶型熔噴聚丙烯非織造布,采用高溫老化的方法將擬六方晶型熔噴聚丙烯非織造布轉(zhuǎn)變成α晶型,采用電暈注極方法對(duì)材料進(jìn)行充電.通過(guò)測(cè)試兩種不同晶型的熔噴聚丙烯駐極體空氣過(guò)濾材料的過(guò)濾效果并結(jié)合熱刺激放電譜分析,研究了兩種不同晶型的熔噴聚丙烯的電荷存儲(chǔ)穩(wěn)定性.1材料和實(shí)驗(yàn)部分1.1熔噴聚丙烯非織造布的工藝和實(shí)驗(yàn)設(shè)備本文所用的原料是由山東龍口市道恩工程塑料有限公司生產(chǎn)的熔體指數(shù)為1500、分子量分布為4~5、等規(guī)度≥97的等規(guī)聚丙烯粒子,熔噴非織造布在杭州電子科技大學(xué)設(shè)計(jì)研發(fā)的微型熔噴實(shí)驗(yàn)機(jī)上制備.微型熔噴實(shí)驗(yàn)機(jī)的結(jié)構(gòu)示意圖及工藝過(guò)程如圖1所示,熔噴過(guò)程中的熔體流量、熱風(fēng)溫度和熱風(fēng)壓力及接收條件由計(jì)算機(jī)控制.擬六方晶型熔噴聚丙烯的制備工藝如下:料桶溫度為230℃,熱風(fēng)溫度為230℃,熱風(fēng)壓力為0.2MPa,熔噴壓力為0.3MPa,接收距離為18cm,平臺(tái)移動(dòng)速度為0.2mm/s.1.2晶體結(jié)構(gòu)的測(cè)量聚丙烯中α晶型最為穩(wěn)定,擬六方態(tài)晶型在70℃以上熱處理易轉(zhuǎn)變成α晶型1.3采用聚苯乙烯層污染澄清材料熔噴聚丙烯非織造布的駐極體性能通過(guò)線對(duì)面電暈注極方法獲得1.4x-400型x射線衍射法熔噴聚丙烯非織造布晶相結(jié)構(gòu)的測(cè)試采用廣角X射線衍射技術(shù),在DX-1500型X射線衍射儀測(cè)定,掃描角度2θ為10°~30°,掃描速率為2.3(°)/min,電壓為35kV,電流為25mA.結(jié)晶度的評(píng)價(jià)使用Hinrichsen的方法2結(jié)果和討論2.1熔噴聚丙烯非織造材料的晶型結(jié)構(gòu)等規(guī)聚丙烯晶體結(jié)構(gòu)有α,β,γ,δ和擬六方態(tài)5種,其中以α晶型最為穩(wěn)定,擬六方態(tài)晶型在70℃以上熱處理易轉(zhuǎn)變成α晶型.在x射線衍射譜中,α晶型有5個(gè)衍射特征峰,其2θ角度分別為14.0°,17.0°,18.5°,21.5°和22.3°,分別對(duì)應(yīng)(110),(040),(130),(111)和(041)晶面.擬六方晶型的2個(gè)衍射特征峰所對(duì)應(yīng)的2θ角度在15.0°和21.3°附近.由微型熔噴機(jī)所獲熔噴聚丙烯非織造布樣品在120℃熱老化前后的x射線衍射譜如圖2所示.由圖2可知,老化前樣品的x射線衍射譜中,只有2個(gè)峰,與擬六方晶型特征峰相對(duì)應(yīng),這說(shuō)明非織造布的晶相結(jié)構(gòu)主要為擬六方晶型.120℃熱老化后,樣品的x射線衍射譜中擬六方晶型特征峰消失,出現(xiàn)了明顯的α晶型特征峰.這說(shuō)明擬六方晶型完全轉(zhuǎn)變成了α晶型.由擬六方晶型和α晶型XRD譜經(jīng)分析計(jì)算得出的結(jié)晶度和晶粒尺寸數(shù)據(jù)如表1所示.由表1可知,α晶型結(jié)晶度要高于擬六方晶型,晶粒尺寸也要比擬六方晶型的晶粒尺寸大.2.2非織造材料過(guò)濾效率的變化熔噴聚丙烯駐極體空氣過(guò)濾材料具有優(yōu)于普通過(guò)濾材料的低阻、高效特點(diǎn),其高過(guò)濾效率很大程度上依賴于其所帶的駐極體電荷如前所述,經(jīng)120℃老化,非織造布樣品由擬六方晶型完全轉(zhuǎn)變成了α晶型.因此圖3實(shí)際反映了擬六方晶型和α晶型非織造布樣品的過(guò)濾效率變化.由圖3(a)常溫保存時(shí)的過(guò)濾效率變化圖可知,在前20d,兩種晶型材料過(guò)濾效率幾乎不變;30d后,均出現(xiàn)了小幅下降,且擬六方晶型下降幅度比α晶型大.α晶型材料過(guò)濾效率保持在90%以上,擬六方晶型過(guò)濾效率保持在約87%.由圖3(b)在90℃環(huán)境中保存時(shí)的過(guò)濾效率變化結(jié)果可知,在90℃環(huán)境下,兩種晶型的材料過(guò)濾效率在最初幾分鐘均發(fā)生了下降.α晶型的材料在8min后達(dá)到恒定.其恒定過(guò)濾效率值保持在75%.擬六方晶型在前2min下降很快,而后降速減慢,到10min時(shí),其恒定過(guò)濾效率值保持在68%,低于α晶型的材料.這些結(jié)果表明,在熔噴聚丙烯駐極體非織造空氣過(guò)濾材料中,α晶型的材料過(guò)濾性能穩(wěn)定性要好于擬六方晶型材料.2.3不同晶型材料的熱刺激放電峰溫在駐極體研究中,熱刺激放電技術(shù)是研究駐極體材料電荷穩(wěn)定性的基本方法.通過(guò)將樣品線性升溫,使存在于材料中不同陷阱能級(jí)內(nèi)的空間電荷脫阱、或使取向的偶極分子發(fā)生松弛,在外電路上產(chǎn)生電流,獲得電流隨溫度的變化關(guān)系的一門技術(shù)由圖4可以看出,擬六方晶型樣品的熱刺激放電峰峰溫在85℃附近,α晶型樣品的熱刺激放電峰峰溫在125℃附近,α晶型的熱刺激放電峰峰溫明顯高于擬六方晶型.放電峰峰溫越高,說(shuō)明電荷的束縛能越大,電荷越不容易發(fā)生脫阱,電荷存儲(chǔ)穩(wěn)定性越好.因此,α晶型樣品的熱刺激放電峰峰溫高于擬六方晶型的結(jié)果表明,α晶型熔噴聚丙烯駐極體非織造材料的電荷存儲(chǔ)穩(wěn)定性要好于擬六方晶型的材料.這一結(jié)果與過(guò)濾效率測(cè)試結(jié)果完全一致.由以上結(jié)論可知,α晶型的結(jié)晶度要高于擬六方晶型的結(jié)晶度,晶粒尺寸比擬六方晶型的晶粒尺寸大.顯然,α晶型材料的電荷存儲(chǔ)穩(wěn)定性的提高,與其結(jié)晶度增加、晶粒尺寸增大有關(guān).3材料的晶型結(jié)構(gòu)通過(guò)微型熔噴機(jī)制備得到的