熔喷聚丙烯驻极体空气过滤材料对不同气溶胶的过滤性能及过滤机理研究

测定了熔喷聚丙烯驻极体空气过滤材料对离子型(KCl)、极性非离子型(DEHS)两种不同实验气溶胶粒子的过滤性能,研究了粒子的粒径、荷电特性及流动速率对过滤性能的影响,分析了惯性效应、扩散效应和静电效应对粒子捕获能力的贡献。结果表明,熔喷聚丙烯驻极体空气过滤材料对不同气溶胶粒子的捕获能力差别较大,对KCl气溶胶的捕获能力要优于DEHS气溶胶,其原因与驻极体空气过滤材料所具有的特殊的静电效应有关。KCl用作实验气溶胶时,不出现MPPS(最易透过粒径)现象,过滤机理以静电效应为主;DEHS用作实验气溶胶时,MPPS值在0.08μm附近,小于经典单纤维过滤值0.3μm,过滤机理以惯性效应、扩散效应为主,以静电效应为辅。

界面极化注极聚丙烯薄膜驻极体的电荷存储特性研究

本文报道一种基于双层介质界面极化机理的新型驻极体注极技术:借助辅助层对PP薄膜进行注极.采用表面电位测试方法考察了注极温度、注极电压对所获PP薄膜驻极体电荷存储性能的影响,并利用热刺激放电技术研究了其高温电荷存储性能,同时测试了PP薄膜驻极体在X和Y方向的静电场分布.结果表明:界面极化注极是一种比电晕注极更为优异的驻极体形成方法.在一定温度下,驻极体表面电位随注极电压的增加而增加,而且两者呈线性关系,这一结果与注极过程的电荷积聚方程的分析完全一致.注极温度的影响研究表明,在保持注极电压不变(注极电压范围为0.5-3.0 kV)的情况下,温度低于75?C时,温度的变化对于注极效果的影响不明显;当注极温度大于75?C时,PP薄膜驻极体的表面电位随注极温度的增加而增加.表面电位随时间的变化研究表明,PP薄膜驻极体具有良好的电荷存储稳定性.对其表面电位分布的测试表明,界面极化注极所形成的PP薄膜驻极体呈现均匀的静电场分布.

SiO_2薄膜的微观结构与驻极体特性的相关性研究

SiO2驻极体具有优异的电荷储存能力,其具有器件制作工艺可与微机械加工技术兼容、适合集成化生产等优点,一直是微器件和传感器领域研究的热点。采用电晕充电和表面电位测试等技术研究了等离子增强化学气相沉积(PECVD)和电子束蒸发两种方法制备的SiO2薄膜的驻极体特性,发现PECVD方法制备的SiO2薄膜的驻极体性能明显优于电子束蒸发制备的SiO2薄膜。结合扫描探针显微镜、X射线衍射及激光拉曼光谱等技术对两种薄膜的结构分析表明,其性能差异与薄膜形貌和微观结构密切相关。PECVD方法制备的非晶SiO2薄膜由纳米级非晶颗粒组成,颗粒间存在大量无序度较高的界面,由此产生的"界面陷阱"是导致PECVD制备的SiO2薄膜具有更佳电荷存储稳定性的根本原因。

聚丙烯驻极体的热刺激放电技术研究

该文在总结分析不同研究者对各种形态聚丙烯驻极体特性研究成果的基础上,采用短路热刺激放电技术研究了不同形态PP驻极体的电荷存储特性,依据热刺激放电理论对实验结果进行了分析,确认薄膜聚丙烯存在两种类型的空间电荷陷阱,一类为表面阱,另一类为体阱;而熔喷聚丙烯只有体阱空间电荷,且其热刺激放电峰峰温随结晶度的增加而增加,而结晶度与材料来源、驻极体形成工艺密切相关,这是造成不同研究者所获结果不同的主要原因。由热刺激放电理论中的初始上升法获得的结果表明:熔喷和薄膜聚丙烯驻极体的电荷束缚能随峰温的增加而增加,但弛豫时间随束缚能的上升而减少。

熔喷聚丙烯驻极体过滤材料对医用消毒剂的耐受性研究

熔喷聚丙烯驻极体过滤材料由于具有特殊的静电过滤机理,而显现出低流阻、高效率等优点,尤其是所具有的除尘、灭菌多功能的特点,使其成为了医用防护口罩的最佳用材。在特殊环境下的驻极体电荷稳定性是需要深入了解的关键问题。本文在前期工作的基础上,采用浸泡方法研究了材料在医用消毒剂作用下的过滤效率稳定性。结果表明:经双氧水、苯酚、戊二醛、含氯消毒剂、硼酸、甲醛、过氧乙酸和消毒酒精等医用消毒剂浸泡后,其过滤效率几乎不会衰减。但材料用洗洁精和洗衣粉清洗时,其过滤性能下降较大。因此,熔喷聚丙烯驻极体过滤材料在医用环境中使用具备良好的稳定性,可作为医用防护口罩的首选材料。但建议作为一次性呼吸防护用品使用。

熔喷聚丙烯驻极体过滤材料对医用消毒剂的耐受性研究

本文在前期工作的基础上,采用浸泡方法研究了材料在医用消毒剂作用下的过滤效率稳定性。结果表明:经双氧水、苯酚、戊二醛、含氯消毒剂、硼酸、甲醛、过氧乙酸和消毒酒精等医用消毒剂浸泡后,其过滤效率几乎不会衰减。但材料用洗洁精和洗衣粉清洗时,其过滤性能下降较大。因此,熔喷聚丙烯驻极体过滤材料在医用环境中使用具备良好的稳定性,可作为医用防护口罩的首选材料,并建议作为一次性呼吸防护用品使用。

毫米级栅型电场分布FEP薄膜驻极体的制备及其电荷存储性能研究

采用电晕注极和热注极技术,在厚度为25μm的氟化乙丙烯共聚物(FEP)表面制备了宽度为2 mm和3mm的具有栅型电场分布的驻极体,研究了注极温度和电极宽度对其电荷存储性能的影响.样品注极后经150天的存储,栅型电场分布变得清晰而有规律,覆盖铝电极区电位已衰减至接近零,未覆盖铝电极区仍保持高电位;对电极宽度为2 mm和3 mm的样品,覆盖铝电极区与未覆盖铝电极区的表面电位差分别为110 V和130V(电场强度差分别为44 k V/cm和52 k V/cm).表面电位跟踪测试结果表明:电晕注极样品初始表面电位高于热注极样品;在相同的注极方法下,注极温度越高初始表面电位越高,电极宽度越小初始表面电位越低.依据电晕注极和热注极原理对实验结果的分析表明,FEP和金属铝在电荷存储性能上的差异是FEP表面蒸镀铝电极后能获得栅型电场分布的原因所在.

电晕驻极熔喷聚丙烯驻极体非织造布的电荷捕获特性

针对不同驻极条件下获得的熔喷聚丙烯驻极体非织造布的过滤性能存在差异,以及使用环境对其电荷存储稳定性的影响机制尚不清楚的问题,采用热刺激放电和表面电位分布测量技术,研究了驻极条件与材料电荷存储性能的相关性,考察了水和酒精熏蒸对材料的电荷存储稳定性的影响。结果表明:正、负电荷的陷阱能级相近,但正电晕驻极非织造布的过滤性能优于负电晕驻极;表面电位高低不能准确反映非织造布过滤性能的优劣;水熏蒸后非织造布的过滤效率变化很小,酒精熏蒸后其过滤效率衰减至与未驻极样品相同。该研究结果可为熔喷聚丙烯驻极体非织造布材料的生产及其在高湿度和医用环境下的使用提供参考。

聚丙烯薄膜的表面结构与驻极体性能相关性研究

以聚丙烯颗粒为原料、表面纳米化石英玻璃为模板,通过热压法制得表面具有不同形貌的聚丙烯薄膜,再经电晕充电形成驻极体。采用原子力显微镜技术分析了薄膜的表面结构,并用表面电位跟踪和热刺激放电技术测试了不同表面结构聚丙烯薄膜的电荷存储性能。表面电位测试结果表明,其电荷存储性能与薄膜表面的微观结构密切相关,薄膜表面越粗糙,捕获电子的能力越强,但其电荷存储稳定性差异不大。热刺激放电技术测试结果表明,其陷阱能级与表面粗糙度无关。

异丙醇处理对熔喷聚丙烯驻极体空气净化材料性能和结构的影响

本文通过测试过滤效率和阻力、热刺激放电谱、X射线衍射谱以及扫描电镜观测,研究了异丙醇浸泡和熏蒸对材料驻极体性能及微观结构的影响。结果表明,异丙醇浸泡与熏蒸都可以使材料中的电荷完全消失,但不会影响材料的晶相结构。浸泡后材料的剩余过滤效率比熏蒸后的高。浸泡与熏蒸对材料过滤阻力的影响不大。

驻极体中同号和异号电荷的形成及相互转化规律

驻极体是一种能长期储存电荷的电介质材料。驻极体中与极化电场极性相同的电荷称为同电电荷,与极化电场极性相反的电荷称为异电电荷。本实验以两种不同组分比的四氟乙烯,六氟丙烯和偏二氟乙烯共聚物(THV500和THV815)为对象,研究了不同热极化注极条件下获得的驻极体中同号电荷和异号电荷的形成及转化规律。结果表明,在32℃下,极化电场为9.3 MV/m时,两种共聚物都形成异号电荷;极化电场为27.3 MV/m时,都形成同号电荷。当极化电压恒定在9.3 MV/m、极化温度升高至聚合物熔点附近时,THV500为同号电荷,THV815为异号电荷。镀电极后,两种共聚物都形成同号电荷。驻极体达到稳定后储存同号电荷。

拟六方和α晶型熔喷聚丙烯驻极体的电荷稳定性

研究了电晕注极拟六方晶型和α晶型熔喷聚丙烯非织造布的过滤效率稳定性和热刺激放电谱.发现拟六方晶型样品的热刺激放电峰峰温在85℃附近,α晶型样品的热刺激放电峰峰温在125℃附近,表明α晶型材料的电荷存储稳定性要好于拟六方晶型材料.其原因与α晶型材料的结晶度较高、晶粒尺寸较大有关.

极化方式对三明治型驻极体静电场性能的影响

针对单一注极方式注极后三明治型复合驻极体薄膜表面电位衰减快和电荷密度低的问题,提出了一种"电晕注极+热注极+电晕注极"的复合注极方案。通过表面电位分布和稳定性监测,比较了单一注极方式与复合注极方式对复合膜驻极体性能的影响。结果表明,利用"电晕注极+热注极+电晕注极"复合注极方式注极的样品,在存储300h后表面电位稳定在-1 400V,结合对复合薄膜表面均匀性的观测结果,得出该极化方式的稳定电位及均匀性都优于单一注极方式的结论。

介质层对驻极体基能量采集器输出性能的影响

设计了一种以聚二甲基硅氧烷作为电容介质并同时用作弹性层的驻极体基微振动能量采集器。对双电容结构器件的测试结果表明:当振动强度为0.5 N、驻极体膜的表面电位为1 500 V、外接负载电阻为55 MΩ时,采集器的输出功率为29.1μW,是以空气为介质层时的2.7倍。采用LTC3588-1能量管理芯片,使用所制备的能量采集器,成功地实现了给无线发射模块的供电。

基于熔喷过程的等规聚丙烯中拟六方与α混合晶的构成及其稳定性

采用微型熔喷实验机制备得到等规立构聚丙烯熔喷非织造布,采用广角X射线衍射技术研究了熔喷过程中非织造布生产条件对所形成的非织造布中拟六方和α混合晶晶相结构的影响,采用等温热老化方法研究了混合晶的热力学稳定性及拟六方晶向α晶转变的热力学规律。结果表明,受热风牵伸和室温冷却的共同作用,等规立构聚丙烯熔喷非织造布在成型过程中,易形成含α晶型与拟六方晶型的混合晶。混合晶中α晶与拟六方晶型的比例随牵伸风力的增大和熔体冷却成型时温差的减小而增加。温度高于70℃的热老化可促使混合晶中拟六方晶型向α晶型转变。混合晶晶粒尺寸随α型晶体比例增加而增大。

碳纳米管掺杂对聚二甲基硅氧烷薄膜相对介电常数的影响

聚二甲基硅氧烷(PDMS)薄膜是基于静电效应的驻极体基微振动传感器和能量采集器中常用的弹性材料,但其相对介电常数偏低,严重阻碍了相关器件工作效率的提高。针对这一问题,本研究提出了一种添加碳纳米管(CNT)提高其相对介电常数的方法。制备了一系列CNT质量分数不同的PDMS薄膜,采用平板电容器原理测量了其相对介电常数,同时测试了其弹性模量和体电阻率。结果表明,在PDMS薄膜中掺杂CNT,可有效提高PDMS薄膜的相对介电常数。CNT的掺杂对PDMS薄膜的弹性、柔性、可塑性等力学性能影响较小,同时仍能保持PDMS薄膜较高的体电阻率。

氟化乙丙烯共聚物薄膜驻极体电荷存储性能与电晕产生模式相关性

采用在直流稳态、高频脉冲和交变电场作用下的电晕放电对氟化乙丙烯共聚物(FEP)薄膜材料进行注极,通过等温表面电位测量和热刺激放电技术考察了FEP驻极体的电荷存储特性,依据电晕放电等离子体鞘层模型对实验结果进行了分析,研究了电晕产生模式对FEP薄膜驻极体电荷存储性能的影响。结果表明,电晕注极FEP薄膜驻极体的表面电位稳定性与电晕产生模式、电晕极性有关,但是电荷存储机制只与电晕极性有关。脉冲电晕注极时的稳定性优于稳态电晕注极,但其初始表面电位值较低。交变电场电晕注极获得的驻极体,呈现负极性。不同电晕放电模式在材料表面形成的等离子体鞘层的组成和厚度不同,是FEP驻极体性质不同的主要原因。

一种基于双极性驻极体的多气隙结构微振动能量采集器

为实现物联网的自驱动供电,本研究提出一种基于双极性驻极体的多气隙结构微振动能量采集器,驻极体材料为三明治型双极性复合驻极体膜.其基本结构单元为驻极体薄膜被放置在由微型弹簧支撑的两个振动电极中间所形成的双气隙结构.这种双气隙结构等同于两个对称的可变电容.利用驻极体所产生的静电场在电容中产生原始电势差,在振动激励下使电势差发生变化,实现电荷的流动,将振动能转变成电能.对能量采集器性能的测试结果表明,在振动频域30～180Hz范围内存在一个谐振频率和最大输出功率.最大输出功率与振动强度、气隙数、驻极体膜的面积和电场强度呈正相关.当振动强度为0.5N时,在负载电阻为55MΩ时,四气隙结构能量采集器在谐振频率97Hz处的最大输出功率达到了59.12μW.

浅议口罩等过滤式呼吸防护用品相关标准中需要改进的问题

该文在归纳和分析现有呼吸防护用品(口罩)标准中有关过滤性能评价和测试方法的基础上,结合口罩的应用特点及发展现状,探讨了呼吸防护用品现有标准中需要改进的问题。