静电纺丝纳米纤维膜在过滤材料中的应用研究

综述了近年来国内外通过静电纺丝技术制备高效过滤材料的最新研究成果,包括抗菌过滤、高温过滤、空气过滤、液体过滤、自清洁、可降解和可重复利用。发现空气中的杂质主要通过纳米纤维膜的截留、惯性碰撞和扩散、重力和静电沉积来拦截,纳米纤维膜的过滤性能主要由过滤效率和阻力压降决定。认为将静电纺丝法与其他新技术、新方法相结合,并通过掺杂其他支撑材料以纺成筛网状,可以拓宽纳米纤维膜的应用领域,使过滤材料具有可生物降解、抗菌、自清洁等功能。

APR测试工具在高温及高压差作业条件下的改进与应用

在塔里木油田测试作业中,出现诸如封隔器胶筒高温碳化失封、“O”密封圈气爆破损渗漏、高压差失封等问题,无法安全优质地完成超深超高压高温气井的测试需要。为提升井下测试工具耐温耐压性能,基于塔里木油田“十三五”以来超深高温高压井APR测试实践,总结分析了常规高温高压井测试APR测试工具存在的问题,通过提升密封部件材料的耐温等级、优化密封组合形式、改进封隔器胶筒结构等手段,将APR测试工具的耐温耐压差性能由70 MPa/177℃提升至105 MPa/204℃。经室内高温高压评价实验,封隔器设计等级、耐温耐压等关键指标满足设计要求。现场DB×井使用改进型193.675 mm CHAMP-Ⅳ封隔器、MJ×井使用改进型127 mm RTTS封隔器,作业期间井下工具工作正常,测试均取得成功,起出检查测试工具完好。改进的APR测试工具为超深高温高压井高质量勘探开发打下了坚实的基础。

碳纤维耐高温型上浆剂的研究进展

上浆是碳纤维及其复合材料开发与应用中必不可少的关键技术之一。随着先进聚合物基碳纤维复合材料的开发与应用,碳纤维上浆剂耐高温性能不足的问题日益凸显。本文综述了近年来碳纤维耐高温型上浆剂的研究进展,重点阐述了其水性化改性方法,并对各类上浆剂的表面性能、耐高温性能以及对复合材料力学性能的影响进行了分析。从产业化应用的角度,提出了碳纤维上浆剂不仅要对水溶性和耐热性等热点性能以及原材料与制备方法进行研究,更应当注重对碳纤维上浆剂整体应用性能的研究,如上浆剂乳液的稳定性、润湿性、粒径分布,上浆后碳纤维及复合材料的表界面性能和整体力学性能等。

聚乙烯三氟氯乙烯熔喷非织造材料的制备及其过滤性能

为制备耐高温熔喷过滤材料以应对高温工业粉尘的污染问题,研究了聚乙烯三氟氯乙烯(ECTFE)的热性能、动态热机械性能、流变性能以及形貌,并选取合适的工艺参数成功制备得到ECTFE熔喷非织造材料,对ECTFE熔喷非织造材料的结构与高温处理下的过滤性能进行表征,结果表明:ECTFE熔喷非织造材料纤维网中的纤维呈现随机交错、缠绕排列,其纤维直径分布在4~12μm,平均直径约为7.12μm,其孔径主要分布在45~55μm;当将ECTFE熔喷非织造材料从150℃预加热到210℃并用于过滤后,其对PM_(10)的过滤效率均保持在99.96%,而对PM_(2.5)和PM_(5)的过滤效率随着ECTFE熔喷非织造材料预加热温度的升高逐渐降低,但仍能够保持在55.16%以上。

防隔热一体化TPS材料制备及耐高温性能

为满足高速飞行器大面积热防护(≥1500℃)需求,以耐高温氧化铝纤维增强气凝胶复合材料作为隔热层,碳纤维织物为面板层预制体,通过法向针刺穿刺工艺以及先驱体浸渍裂解工艺,制备防隔热一体化TPS材料,并开展耐高温性能测试研究,为材料的工程化应用提供理论与技术支持。结果表明:采用针刺穿刺缝合技术与PIP工艺可以制备防隔热一体化TPS材料,整体性较好,无明显的缺陷,密度仅为0.6 g/cm^(3)。C/SiC复合材料在高温氧化环境中使用,氧化性气氛通过孔隙与裂纹等缺陷扩散进入材料内部,与碳纤维发生氧化反应,导致复合材料性能的下降。材料具有优异的耐高温性能,材料的质量烧蚀率为0.051 g/s,线烧蚀率为0.077 mm/s;未出现显著的间隙结构,整体无明显收缩,呈现出较好的耐高温性能。

耐高温聚合物微/纳米纤维制备技术及应用研究进展

耐高温聚合物微/纳米纤维由于高温下仍保持良好的力学性能和热稳定性,并具备高孔隙率、高比表面积等优异特性,因而在高温过滤吸附、电池隔膜以及高温催化等领域应用前景广阔。文中重点介绍了国内外制备聚苯硫醚(PPS)、聚醚醚酮(PEEK)、聚四氟乙烯(PTFE)、聚砜类(PSF和PES)和聚酰亚胺(PI)微/纳米纤维的最新技术及应用进展,最后对耐高温微/纳米纤维未来的发展趋势进行了展望,以期为高性能耐高温聚合物微/纳米纤维的制备和应用研究提供新的思路。

高温滤料在袋式除尘中的应用及性能

概述了袋式除尘用滤料的种类,高温滤料的性能特点及应用;介绍了高温滤料的物化性能指标和除尘效果指标;对4种国产高温除尘滤料如聚苯硫醚滤料、玻璃毡、美塔斯、氟美斯滤布的性能进行了对比;指出高温滤料是最有应用前景的袋式除尘用滤料,国产袋式除尘用高温滤料的质量有待提高,应完善其产品应用的标准化、专业化,进一步降低成本,开发复合非织造滤料。

纳米耐高温阻燃纤维过滤材料

简要地介绍了纳米耐高温阻燃纤维及过滤材料的性能及特点,并对国内外同类产品进行了综合对比分析。

耐高温针刺过滤材料性能的研究

对PTFE、PPS和P84三种耐高温针刺过滤材料进行了物理性能和过滤性能测试;研究了在类似的工艺条件下三种过滤材料的过滤性能,并与国家标准的技术要求进行对照,分析三种过滤材料的优缺点及适用的工况条件,为袋式除尘器过滤材料的选用提供依据。

我国的袋式除尘器和耐高温过滤材料

用翔实的数据说明了用于重污染或高能耗行业(如钢铁、水泥、燃煤发电行业)的袋式除尘器和耐高温过滤材料的优良性能,用于袋式除尘的耐高温过滤材料在高温烟气的处理领域具有广阔的前景。

静电纺丝技术应用研究进展

基于静电纺纳米纤维良好的生物相容性、较大的比表面积和孔隙率及较小的孔隙直径等特点,概述了静电纺丝技术在耐高温纳米纤维材料、医学材料、环保材料及其他材料领域的应用研究,为开发环保、无毒与节能的纳米纤维产品提供参考。

燃煤火力电站中耐高温材料的应用情况及渗铝涂层制备技术研究进展

燃煤火力发电技术是当前能源结构下最主要的发电技术,在未来50年内也将占据主导。煤炭等化石燃料资源仍是电力的主要来源,短期内不会被替代。当前火电装机总容量与其他发电技术相比也有绝对优势,占比约60%。火力发电的关键在于节能环保,随着技术革新,目前已发展为超超临界压力机组,功率可达1000 MW,发电效率达到50%左右,经济环保的同时提高了能源效率。然而,在极端的温度与压力下,材料的性能成为制约发电效率的关键因素之一。从燃煤火力电站选用材料的角度,介绍了耐热钢及耐热涂层的使用。渗铝是传统的化学热处理方法,是提高电站关键材料热稳定性的有效途径,综述了渗铝涂层的制备方法及新型技术。此外,煤炭超临界水气化制氢发电具有广阔的应用前景,对此技术及涂层在新型电站的使用进行了展望。

聚酰亚胺纳米纤维耐高温复合滤材的制备及其性能

为了改善传统滤材耐高温性能与过滤效率,利用静电纺丝法制备聚酰亚胺(PI)纳米纤维,对PI纳米纤维膜进行了力学、热学与高温过滤表征测试与分析;将PI纳米纤维膜与传统P84针刺毡复合制备PI/P84复合滤料,分析PI纳米纤维膜、P84针刺毡以及PI/P84复合滤料在空气过滤方面的应用。结果表明:PI纳米纤维膜的模量较热亚酰胺化前提高了4.7倍,初始热分解温度高达547.6℃,可基本实现对10μm与2.5μm颗粒的全过滤,0.3μm颗粒的95%过滤效率,PI/P84复合滤料的过滤效率在98.5%以上;经100次循环过滤测试后,过滤阻力仅增加8%。表明聚酰亚胺纳米纤维膜在高温空气过滤领域具有极高应用潜力。

抗高温抗盐降滤失剂HRF的研制及应用

为改善目前深井、超深井钻井过程中高温、高压条件下水基钻井液的高温稳定性和高温高压滤失性,优选了聚合单体2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸(AMPS)、丙烯酰胺(AM)、丙烯酸(AA)、N-乙烯基吡咯烷酮(NVP)和二烯丙基二甲基氯化铵(DMDAAC),利用氧化-还原引发体系进行水溶液聚合,合成了一种抗高温抗盐降滤失剂HRF。通过测试降滤失性能确定最佳的合成条件为:AMPS、AM、AA、NVP、:DMDAAC摩尔比35∶35∶10∶10∶10,引发剂加量0.15%,反应温度50℃,单体质量分数30%。降滤失剂HRF抗温最高达230℃,抗盐至饱和,抗CaCl_2/MgCl_2可达2%,性能优于国外公司同类产品Driscal D和Dristemp。降滤失剂HRF成功在元坝10-1H井进行了现场应用,有效控制了井浆的HTHP失水,提高了井浆整体的抗温性能,改善了井浆的流变性,防止了高温减稠情况的发生,取得了良好的应用效果。

纳米发泡整理对芳纶过滤材料性能的影响

为提高芳纶过滤材料的过滤效率,以添加不同质量分数纳米陶瓷粉的聚四氟乙烯乳液为涂层剂主要原料,采用发泡剂发泡涂层法对芳纶材料进行表面涂层处理。研究了泡沫涂层对芳纶过滤材料的结构、耐摩擦性、透气性、孔径大小、拒水拒酸碱性以及过滤性能的影响。结果表明:经发泡涂层整理后,芳纶表面形成一层致密薄膜;纳米陶瓷粉质量分数越大,发泡剂发泡效果越好,薄膜愈致密且稳定,同时芳纶过滤材料的耐摩擦性愈好,其孔径大小及透气性略有下降;涂层提高了芳纶的拒酸、拒碱性能,有效减少了滤袋的糊袋,使其清灰性及使用寿命均有所提升;涂层后芳纶的过滤效率显著提高,过滤直径为1μm以上颗粒物的过滤效率由39. 1%提升到60%左右,且过滤直径为10μm以上颗粒物的过滤效率可达到100%。

高温空气过滤用静电纺纤维膜的研究进展

综述耐高温静电纺纤维膜材料的制备及功能化研究情况。分别介绍了聚砜类、聚酰亚胺类、芳香族聚酰胺类等有机纤维和氧化铝、二氧化钛、氧化锆、二氧化硅等无机纤维静电纺过滤膜材料的过滤性能及功能改性研究进展,重点分析了聚合物功能化技术、纺丝液组成、后处理工艺等对静电纺纤维膜过滤材料综合性能的影响。指出在实际应用中耐高温有机纤维过滤材料机械性能、阻燃性能还需改进,无机纤维过滤材料较脆,容易变形破损,容尘量需提升。认为:静电纺纤维膜耐高温空气过滤材料在功能改性、容尘量、可重复使用性等方面还需深入研究,实现批量化生产。

有机耐高温纤维及其在过滤材料中的应用

介绍5种有机耐高温纤维及其过滤材料的性能特点、应用领域及国内外生产状况,同时对国产有机耐高温过滤材料的发展方向提出建议,为更好地选用有机耐高温过滤材料提供依据。

耐高温针刺滤料中的纤维损伤表征与研究

为了更方便地研究耐高温针刺滤料中纤维的损伤机理,提出了新的纤维损伤表征方法并考证了其合理性。针刺过程中纤维长度损失度与针刺深度和针刺密度的关系是:当针刺密度一定时,纤维的长度损失度随着针刺深度的增大而增大;当针刺深度一定时,纤维的长度损失度随着针刺密度的增大而增大。试验证明,通过测量纤维针刺前后的长度的减少量可以直观地分析纤维的损伤程度,曲线变化趋势明显,是表征耐高温针刺滤料中纤维损伤程度的一种比较适宜的可实际应用的方法。

芳砜纶在耐高温滤料中的应用

芳砜纶是我国自主开发的一种耐高温合成纤维。介绍了芳砜纶的性能及其在耐高温滤料中的应用前景,并对耐高温滤料市场的需求及部分耐高温滤料的特性做了简单介绍。

静电纺PAN/TiO2耐高温纳米材料的制备与性能研究

以钛酸四丁酯和聚丙烯腈(PAN)为原料,采用静电纺丝技术制备纳米纤维膜,经不同的PAN预氧化温度煅烧获得PAN/TiO2复合纳米纤维膜。通过形貌观察,厚度与透气性测试,以及X射线衍射(XRD)与傅里叶变换红外光谱(FT-IR)分析,考察煅烧温度对纤维膜结构与性能的影响。研究结果表明:在PAN预氧化温度范围内,PAN最终生成了较稳定的芳环结构;煅烧后纳米纤维膜中TiO2的晶相结构为纯的锐钛矿相;随着煅烧温度的升高,纳米纤维膜厚度增大,透气性下降。