纳米纤维非织造布的孔隙特征

孔隙体积、孔径、孔隙体积分布和孔喉直径的纳米纤维垫测量使用汞入侵porosimetry porometry液态挤压porosimetry和毛细管流。

由Sudhir沙玛

Nanofiber非织造布发现越来越多的应用在过滤行业特别是过程涉及生物技术。对于这样的应用程序,孔隙体积是非常重要的。通过孔径、孔喉直径和渗透孔隙结构特征也很重要。

纳米纤维垫通常对压力敏感,往往是脆弱的。因此,孔隙结构的表征技术应该这样不扭曲。在这个调查中,技术的适用性,水星入侵Porosimetry,液体挤压Porosimetry和液体挤压流Porometry纳米纤维垫的孔隙结构特征进行了调查。三种技术的结果已经严格检查。

描述技术:水星入侵Porosimetry

汞是对大多数材料不润湿。它不进入毛孔自然。入侵的汞进入毛孔发生由于压力应用于汞。压力是用来计算孔径1:

D = - 4γcosθ/ p

D是孔径,γ是水星表面张力,θ是接触角的汞和汞p是压力侵入毛孔。侵入体积孔隙体积。技术措施孔隙体积和孔隙直径和盲孔。如图1所示,所有直径,通过和盲孔测量的。

图1:所有直径和卷的通过和盲孔测量水星入侵porosimetry。

描述技术:液态挤压Porosimetry

在液态挤压porosimetry,毛孔自然充满了润湿液和液体从孔挤压non-reacting气体。它可以表明,压差和孔隙直径相关2、3:

D = 4γcosθ/ p (2)

D是孔径,γ是润湿液体的表面张力,θ是润湿液体的接触角和p是压差。

在这种方法中,挤压液体的体积测量除了压差。为了使挤压液体流出,防止气体逃脱,膜下放置样品,这样最大的膜的孔隙小于最小的孔隙对样例的兴趣(见图2)。样品的孔和膜润湿液体和气体压力增加到取代液体从毛孔的样本。气体压力不足以空的毛孔膜。因此,液体膜的孔允许挤压液体样品的孔流出,防止气体逃脱。测量体积的液体流出膜通过孔隙体积。压差收益通过孔隙直径和体积和压强的变化通过孔隙表面积收益率。流量样本上的多余的液体保持收益率液体渗透性(参见图2 b)。

图2 a和2 b:液态挤压porosimetry原则

这种技术措施只能通过毛孔的数量和直径(见图3)3。盲孔测量。如图3所示,只有一些通过孔隙直径的测量,而汞孔隙直径入侵的措施。

图3:孔隙直径通过液态挤压Porosimetry孔隙可衡量的

表征方法:液体挤压流Porometry Porometry /毛细管流

图4:通过毛细管孔隙特征衡量porometry流动

在这种方法中,样品的孔隙充满了一种湿润的液体,液体是清空的加压气体允许气体流经空毛孔。空所需的压差的孔隙直径D由方程给出21、4。这表明最大的孔隙是清空的最低压力和启动气体流。有越来越大的压力和增加气体流量较小的毛孔都会被清空。微分压力和气体流量通过干和湿样品测量。在干燥的样本,流量增加而增加的压力。在潮湿的样本的情况下,最初没有流,因为所有的毛孔都充满了液体。在一定压力的气体把最大的孔隙和气体流量通过湿样品开始。进一步增加压力较小的毛孔了,流量增加,直到所有的毛孔都是空的,而流量通过湿样品通过干燥的样品是一样的。这是示意图如图4所示。半曲线计算这个数字的干燥曲线,收益率报50%,流经干燥样品在相同的压力。 The dry and wet curves yield the bubble point, the mean flow pore diameter, flow distribution and pore fraction distribution of through pores. The dry curve yields gas permeability and envelope (through pore) surface area. Liquid flow rate gives liquid permeability.

毛细管流porometry只有通过孔喉径的措施。每通过孔隙直径测量。盲孔测量。

图5:通过孔隙体积测量压力的功能纳米纤维垫使用PMI压汞孔隙度仪和液态挤压孔隙仪。

结果与讨论:通过孔隙体积

水星入侵Porosimetry收益率的通过量和盲目的毛孔侵入压力的函数。然而,纳米纤维垫不会包含数额可观的盲孔。因此,衡量入侵是由于卷卷通过毛孔。挤压porosimetry措施只有通过孔隙体积的函数挤压压力。这两种技术的孔隙体积测量压力的函数,如图5所示。

总孔隙体积来衡量这两种技术都是一样的(见表1)。这个观察证实了盲孔纳米纤维垫可以忽略不计。然而,测量水星入侵的压力几乎是二十倍所需的试验压力液体挤压。汞的试验压力高入侵可能会扭曲的孔隙结构纳米纤维垫。

孔隙度

盲孔纳米纤维毡的可以忽略不计。因此,纳米纤维毡的孔隙度计算测量孔隙体积和容积密度的材料。正如所料,孔隙度高的纳米纤维材料。这两种技术产生相同的值(见表1)。

表1:粗糙的孔隙体积,试验压力和孔隙度测量的压汞和液体挤压技术。
图6:孔隙体积策划对孔径测量液态挤压和汞入侵。

孔径

图6显示了一个阴谋的孔隙体积和孔隙直径测量水星入侵porosimetry和液体挤压porosimetry。孔隙体积的大毛孔衡量液体挤压的孔隙体积小于宽毛孔衡量汞入侵。但是孔隙体积的小孔测量液体挤压比那些以汞入侵。这样的行为。如上所述,更广泛的部分的直径和卷宽口孔以外的喉咙不测量液体挤压porosimetry,但这些部分孔隙的体积测量的体积收缩的小孔隙直径。因此,体积大毛孔衡量液体挤压和体积小的小孔测量液体挤压大于卷以汞入侵。

高侵入汞压力还可以将压汞曲线相对于液体挤压扭曲的孔隙分布曲线。水星入侵可能会开始之前,汞可以压缩采样和测量的压力侵入体积由于体积减少样品的压缩。因此,汞入侵将显示更高的入侵卷当毛孔大。随着汞压力较小的孔隙直径将减少。虽然,体积减少的压缩测量样品的压力上升,体积较小的毛孔没有测量。因此,体积的小孔测量水星入侵将小于体积测量液体挤压。

图7:压差和流量通过湿和干燥的样品的纳米纤维毡的PMI毛细管流动孔隙度仪。

液态挤压和压汞技术不给孔喉直径、最大孔喉直径和平均流喉部直径的纳米纤维垫。毛细管流porometry能够这样的测量。获得的结果与毛细管流porometry如图7所示。

最大的孔喉直径(泡点孔隙直径)和平均孔隙直径的计算数据流图8中分别为12.50和3.36μm。图7显示了这种技术,测试压力也非常低,这样压力可能采取的影响可以忽略不计。

孔隙体积分布

孔隙体积分布在孔隙直径分布函数表示的阵线:

阵线= -日志(dV / d d) (3)

V是孔隙体积。面积的函数是函数在任何孔的孔径范围收益率体积范围。图8显示了孔隙体积分布计算的数据在图6中基于汞入侵和液体挤压。

图8:通过压汞孔隙体积分布在孔隙直径和液体挤压。

水星入侵收益率只有一个峰值,而液体挤压收益率两座山峰。第一个峰值代表了大约75%的孔隙体积和第二个峰值代表孔隙体积的25%左右。因此,液体挤压的分辨率要高得多。在这种技术,小毛孔更容易检测到,因为毛孔的体积超出了狭隘的毛孔收缩与孔隙直径。

如图8所示,小毛孔不被入侵,因为高压汞。随着压力增加,水星进入大毛孔和通过压缩减少小孔的直径。因此,由于小孔高峰是抑制。流分布的表达分布函数:

F = - [(Fw / Fd)×100] / dD (4)

弗兰克-威廉姆斯和Fd分别流经湿和干燥的样品。面积的函数是函数在任何孔隙直径范围是流动比例范围。图9显示了流分布孔径计算的数据在图7中。流的峰值分布曲线在2μm。分布的特征如表2中列出。

图9:流分布在孔喉直径纳米纤维通过毛孔的垫子。
表2:特性通过毛孔的直径。

水星入侵收益率平均孔隙直径更大,因为大型毛孔以压汞孔隙体积大于衡量液体挤压。体积分布峰值为4.78μm由水银入侵完全压制。泡点直径类似于孔隙中值直径表明毛孔最宽的地方并不比中值更大的价值。平均喉径和相对应的喉径分布峰值接近峰值为4.78μm体积分布。

适当的技术表征纳米纤维垫

通过孔隙体积的纳米纤维垫可以测量液体挤压porosimetry和水星入侵porosimetry。然而,水星入侵需要高压力。高压力降低孔隙直径和进一步提高压力需要测量小毛孔。因此,孔隙直径相关的应用程序没有测量。孔隙分布是抑制。由于峰值较小的毛孔没有观察到。另一方面,液态挤压需要很少的压力——大约5%的汞入侵所需的压力,产生很好的解决高峰和收益率汞porosimetry一样的总孔隙体积。此外,液体挤压技术能够测量液体渗透性和通过毛孔的表面积,这是重要的附件。水星入侵无法衡量这些属性。因此,液体挤压技术无疑是更适合描述孔隙体积的纳米纤维垫。

过滤和组织生长的应用程序,需要孔喉直径的纳米纤维垫除了孔隙体积。水星入侵和液态挤压技术不能测量孔喉直径。毛细管流porometry措施孔喉直径没有扭曲的孔隙结构,因为这种技术使用低压力。因此,毛细管流porometry是一个很好的技术一起使用液态挤压技术在纳米纤维垫用于过滤应用程序时。

摘要和结论

  1. 水星入侵porosimetry,液体挤压porosimetry和毛细管流porometry被用来描述纳米纤维垫。通过孔隙体积、孔径分布和孔喉体积直径测量。
  2. 分析结果表明,汞入侵和液体挤压产生相同的总孔隙体积和孔隙度、孔径和分布被应用在高压汞入侵扭曲。孔隙直径相关的应用程序没有测量。液态挤压技术没有这些缺点和更高的分辨率。由于小孔高峰显然是见过
  3. 液态挤压技术是适当的技术来测试纳米纤维垫。
  4. 毛细管流porometry不能测量孔隙体积,但使用低压力和措施孔喉直径,由液体挤压或没有可衡量的汞入侵。这是适当的技术支持液态挤压技术类似于孔隙中值直径表明毛孔最宽的地方并不比中值更大的价值。平均喉径和相对应的喉径分布峰值接近峰值为4.78μm体积分布。

引用

  1. Akshaya耶拿和克里希纳Gupta,”特征过滤介质的孔隙结构,流体粒子分离日报》14卷,3号,2002年,页227 - 241。
  2. 耶拿和k·古普塔”,孔隙结构特征的新技术不使用任何有毒物质,“无损表征材料的XI, Eds。r·e·格林,比比Djordjevic和m . p . Hentschel施普林格,2002年,页813 - 821。
  3. Akshaya耶拿和克里希纳古普塔的液态挤压技术非织造布的孔隙结构评价,“国际非织造布》杂志,2003年秋季,45-53页。
  4. k·耶拿和k·m·古普塔平面压缩Porometry电池分隔符,“电源学报,80卷,1 - 2号,1999年,页46 - 52点。
  5. 耶拿,Akshaya Gupta,克里希纳的准确性和再现性孔隙大小取决于流Porometry“第14届技术会议上提出,美国过滤与分离的社会,可能1 - 4,2001年,佛罗里达州坦帕市。
  6. 耶拿,Akshaya Gupta,克利须那神,“通过多孔材料孔隙体积和流量测量,“材料测试:MP Materialprufung, Jahrg。44岁的pp.243 - 245, 2002。

编者按:Sudhir Sharma适用于纽约的伊萨卡- - - - - -based Porous Materials Inc. The company manufactures novel platforms for testing porous materials including nanofiber nonwovens.

2020年10月22日