拟六方和晶型熔喷聚丙烯的电荷稳定性

拟六方和晶型熔喷聚丙烯的电荷稳定性

0材料结晶剂的影响由于其特殊的电过滤机制，将颗粒泵储存在具有绿色的极端。对于熔喷聚丙烯而言,其晶相结构极易受到形成条件和后续处理条件的影响,不同晶相结构的熔喷聚丙烯形成驻极体后其驻极体性能会有所差异,在熔喷聚丙烯驻极体空气过滤材料中,寻找一种驻极体性能最佳的晶相结构将有利于解决其过滤效果不佳和过滤效果衰减快等问题.文献[4]通过调控等规聚丙烯和无规聚丙烯的比例制成不同晶相结构的聚丙烯驻极体材料,证明了高结晶度的聚丙烯具有更好的电荷储存能力和电荷稳定性.文献[5]通过向熔喷聚丙烯中掺杂硬脂酸盐和松香,通过掺杂改变熔喷聚丙烯晶相结构,形成更高结晶度的熔喷聚丙烯.研究结果表明,随着材料结晶度的提高,其电荷储存能力和电荷存储稳定性得到了显著改善.文献[6]通过改变温度对聚丙烯晶相结构进行调控,提高结晶度和晶粒尺寸能大幅提高其驻极体性能.通过向聚丙烯中掺入成核剂改变聚丙烯晶相结构的研究也有很多.文献[7]通过掺入α和β成核剂制备不同晶相结构的聚丙烯薄膜,结果表明两种晶型的聚丙烯驻极体薄膜的电荷储存能力及稳定性并没有明显差异.但对于拟六方晶型和α晶型的电荷储存能力和稳定性及其过滤效果的比较研究报道还未曾见到.本文在自行设计的微型熔喷实验机上,制备得到了拟六方晶型熔喷聚丙烯非织造布,采用高温老化的方法将拟六方晶型熔喷聚丙烯非织造布转变成α晶型,采用电晕注极方法对材料进行充电.通过测试两种不同晶型的熔喷聚丙烯驻极体空气过滤材料的过滤效果并结合热刺激放电谱分析,研究了两种不同晶型的熔喷聚丙烯的电荷存储稳定性.1材料和实验部分1.1熔喷聚丙烯非织造布的工艺和实验设备本文所用的原料是由山东龙口市道恩工程塑料有限公司生产的熔体指数为1500、分子量分布为4~5、等规度≥97的等规聚丙烯粒子,熔喷非织造布在杭州电子科技大学设计研发的微型熔喷实验机上制备.微型熔喷实验机的结构示意图及工艺过程如图1所示,熔喷过程中的熔体流量、热风温度和热风压力及接收条件由计算机控制.拟六方晶型熔喷聚丙烯的制备工艺如下:料桶温度为230℃,热风温度为230℃,热风压力为0.2MPa,熔喷压力为0.3MPa,接收距离为18cm,平台移动速度为0.2mm/s.1.2晶体结构的测量聚丙烯中α晶型最为稳定,拟六方态晶型在70℃以上热处理易转变成α晶型1.3采用聚苯乙烯层污染澄清材料熔喷聚丙烯非织造布的驻极体性能通过线对面电晕注极方法获得1.4x-400型x射线衍射法熔喷聚丙烯非织造布晶相结构的测试采用广角X射线衍射技术,在DX-1500型X射线衍射仪测定,扫描角度2θ为10°~30°,扫描速率为2.3(°)/min,电压为35kV,电流为25mA.结晶度的评价使用Hinrichsen的方法2结果和讨论2.1熔喷聚丙烯非织造材料的晶型结构等规聚丙烯晶体结构有α,β,γ,δ和拟六方态5种,其中以α晶型最为稳定,拟六方态晶型在70℃以上热处理易转变成α晶型.在x射线衍射谱中,α晶型有5个衍射特征峰,其2θ角度分别为14.0°,17.0°,18.5°,21.5°和22.3°,分别对应(110),(040),(130),(111)和(041)晶面.拟六方晶型的2个衍射特征峰所对应的2θ角度在15.0°和21.3°附近.由微型熔喷机所获熔喷聚丙烯非织造布样品在120℃热老化前后的x射线衍射谱如图2所示.由图2可知,老化前样品的x射线衍射谱中,只有2个峰,与拟六方晶型特征峰相对应,这说明非织造布的晶相结构主要为拟六方晶型.120℃热老化后,样品的x射线衍射谱中拟六方晶型特征峰消失,出现了明显的α晶型特征峰.这说明拟六方晶型完全转变成了α晶型.由拟六方晶型和α晶型XRD谱经分析计算得出的结晶度和晶粒尺寸数据如表1所示.由表1可知,α晶型结晶度要高于拟六方晶型,晶粒尺寸也要比拟六方晶型的晶粒尺寸大.2.2非织造材料过滤效率的变化熔喷聚丙烯驻极体空气过滤材料具有优于普通过滤材料的低阻、高效特点,其高过滤效率很大程度上依赖于其所带的驻极体电荷如前所述,经120℃老化,非织造布样品由拟六方晶型完全转变成了α晶型.因此图3实际反映了拟六方晶型和α晶型非织造布样品的过滤效率变化.由图3(a)常温保存时的过滤效率变化图可知,在前20d,两种晶型材料过滤效率几乎不变;30d后,均出现了小幅下降,且拟六方晶型下降幅度比α晶型大.α晶型材料过滤效率保持在90%以上,拟六方晶型过滤效率保持在约87%.由图3(b)在90℃环境中保存时的过滤效率变化结果可知,在90℃环境下,两种晶型的材料过滤效率在最初几分钟均发生了下降.α晶型的材料在8min后达到恒定.其恒定过滤效率值保持在75%.拟六方晶型在前2min下降很快,而后降速减慢,到10min时,其恒定过滤效率值保持在68%,低于α晶型的材料.这些结果表明,在熔喷聚丙烯驻极体非织造空气过滤材料中,α晶型的材料过滤性能稳定性要好于拟六方晶型材料.2.3不同晶型材料的热刺激放电峰温在驻极体研究中,热刺激放电技术是研究驻极体材料电荷稳定性的基本方法.通过将样品线性升温,使存在于材料中不同陷阱能级内的空间电荷脱阱、或使取向的偶极分子发生松弛,在外电路上产生电流,获得电流随温度的变化关系的一门技术由图4可以看出,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,α晶型的热刺激放电峰峰温明显高于拟六方晶型.放电峰峰温越高,说明电荷的束缚能越大,电荷越不容易发生脱阱,电荷存储稳定性越好.因此,α晶型样品的热刺激放电峰峰温高于拟六方晶型的结果表明,α晶型熔喷聚丙烯驻极体非织造材料的电荷存储稳定性要好于拟六方晶型的材料.这一结果与过滤效率测试结果完全一致.由以上结论可知,α晶型的结晶度要高于拟六方晶型的结晶度,晶粒尺寸比拟六方晶型的晶粒尺寸大.显然,α晶型材料的电荷存储稳定性的提高,与其结晶度增加、晶粒尺寸增大有关.3材料的晶型结构通过微型熔喷机制备得到的