Улучшение механических свойств вспышки

Том 12 научных докладов, номер статьи: 18030 (2022 г.) Цитировать эту статью

902 Доступа

1 Альтметрика

Подробности о метриках

Нетканый материал, полученный методом мгновенного прядения (FS-NW), привлекает внимание в области СИЗ благодаря своим превосходным барьерным и механическим свойствам, обусловленным неравномерным распределением диаметров и уникальной морфологией нитей. Уникальную сетчатую структуру нитей мгновенного прядения (FSF), составляющих FS-NW, можно контролировать с помощью поведения разделения фаз в процессе сверхкритической жидкости (SCF). В этом исследовании предлагается простой метод управления микроструктурой FSF путем управления процессом разделения фаз под давлением (PIPS) в растворе полимера/SCF. Такое фазовое разделение раствора HDPE/SCF было подтверждено с использованием камеры высокого давления. Также было разработано многоступенчатое сопло, позволяющее создавать раздельное давление для образования разных фаз. ПЭВП-ФСФ были синтезированы методом флэш-формования и исследованы их морфология, кристалличность и механические свойства. Результаты показали, что нити, полученные с помощью PSP-контроля при 220 °C и с концентрацией HDPE 8 мас.%, демонстрируют сетчатую структуру, состоящую из нитей, диаметр которых находится в диапазоне от 1,39 до 40,9 мкм. Оптимальный FSF был получен при давлении 76 бар, с кристалличностью 64,0% и прочностью 2,88 г/сут. Таким образом, метод PIPS может более эффективно контролировать микроструктуру, чем методы, основанные на температуре или растворителе, и может обеспечить эффективный синтез различных продуктов.

Безопасность и благополучие людей в современном обществе уязвимы к факторам, угрожающим человеческому организму, таким как сильное загрязнение воздуха, патогены и вирусы. Новое коронавирусное заболевание (COVID-19) является ярким примером этого явления, поскольку с момента его первого наблюдения в 2019 году оно вызвало глобальную пандемию и продолжает уносить значительные человеческие жертвы1,2. Обычно известно, что вирусы распространяются через небольшие аэрозоли (обычно размером < 5 мкм) или более крупные капли из дыхательных путей, выделяемые при кашле, чихании или дыхании3,4. Поэтому разработка средств индивидуальной защиты (СИЗ) для предотвращения распространения инфекции и защиты как пациентов, так и медицинских работников от опасного воздействия приобретает все большее значение.

Как правило, СИЗ используются для минимизации воздействия опасностей, которые могут привести к серьезным травмам и заболеваниям на рабочем месте, и могут включать в себя такие предметы, как перчатки и защитные очки, обувь, беруши, каски, респираторы и защитные костюмы5,6,7. Материал СИЗ требует определенных характеристик, таких как значительная механическая/структурная прочность, способная выдерживать напряженную деятельность, барьерные свойства против внешней среды и фильтрация загрязняющих веществ6,7. Среди материалов, которые используются для изготовления СИЗ, в настоящее время очень популярен нетканый материал из микро/нановолокна в качестве важного компонента средств защиты органов дыхания или всего тела. Нетканые материалы из микро/нановолокна обладают высокой эффективностью фильтрации благодаря нескольким выгодным свойствам, таким как малый диаметр волокон, большое соотношение площади поверхности к объему, высокая пористость и хорошая внутренняя связность6,8,9,10. Эти нетканые материалы обычно получают с помощью широко применяемых процессов прядения или выдувания из расплава, которые обеспечивают превосходную воздухопроницаемость и эффективность фильтрации. Однако с помощью этих методов сложно получить продукты с механической прочностью, способные выдерживать активную человеческую деятельность.

Нетканый материал мгновенного прядения (FS-NW) привлекает внимание как многообещающий материал СИЗ благодаря своим превосходным функциональным характеристикам, таким как высокая прочность на разрыв и разрыв, а также влагопроницаемые водонепроницаемые свойства7,11. Ткань FS-NW состоит из микроволокон с распределением диаметров от десятков микрометров до сотен нанометров, что обеспечивает более высокую прочность на разрыв и разрыв, чем у типичного нетканого материала спанбонд с диаметром волокон ≥ 10 мкм, и барьерные свойства, сравнимые с таковыми. полимерных мембран11,12,13. Морфология сетевых нитей, обусловленная процессом мгновенного прядения, обеспечивает эти уникальные свойства FS-NW. Мгновенное прядение — это высокотехнологичный процесс производства нетканого материала, полученного прядением из расплава, с использованием процесса в сверхкритической жидкости (SCF)12,14,15,16. СКФ могут использоваться в качестве высокоэффективной среды при переработке полимеров, поскольку они обладают плотностью и растворимостью, подобными жидкости, а также обладают транспортными свойствами, подобными газу. Кроме того, фазовым поведением их растворов можно легко и удобно управлять путем изменения температуры и давления17. В процессе мгновенного формования полимер растворяется в SCF при высоком давлении и температуре (HPT), а затем центрифугируется посредством мгновенного выброса при нормальном давлении и температуре (NPT)12,15,16,18. Этот однофазный раствор полимера/SCF, приготовленный под действием самопроизвольного давления при нагревании смеси полимера и растворителя, разделяется при снижении давления и впоследствии выбрасывается через отверстие в область существенно более низких давления и температуры (обычно NPT), образуя FSF12,16. , 18. Фазовое разделение смеси СКФ в ходе этой процедуры может привести к глубоким структурным изменениям в нити мгновенного прядения (ФФС), степень которых зависит от параметров процесса, таких как температура, давление и концентрация. Хотя исследования поведения фазового разделения в растворах полимера/SCF проводятся19,20,21, трудно применить исследовательский подход к реальному процессу мгновенного формования, поэтому систематические исследования влияния фазового поведения на свойства материала полученного продукта недостаточно.