Aplikovaná reologie pro charakterizaci polymerních nanovlákenných filtrů

Abstract

První část této práce shrnuje současný stav poznání v oblasti přípravy, charakterizace a aplikovatelnosti nanovlákenných netkaných textilií se specifickým důrazem na modelování procesu filtrace vzduchu, tvorbu 3D filtračních modelů, významnost Brownova difuzního pohybu a aerodynamického skluzu. Druhá část této práce se zabývá výzkumem polymerních nanovlákenných filtrů (vyrobených elektrostatickým zvlákňováním pomocí drátové rotační elektrody) s využitím nově vyvinutých experimentálních a teoretických metod s cílem porozumět komplikovanému vztahu mezi morfologickými a mechanickými charakteristikami. Bylo zjištěno, že typ použité podpůrné textilie při elektrostatickém zvlákňování ovlivňuje jak porozitu vyrobených polyurethanových nanovlákenných filtrů tak jejich mechanické vlastnosti, a to i přesto, že distribuce průměrů vláken se prakticky nezměnila. Byl vyvinut a úspěšně otestován nový 3D filtrační model pro polymerní nanovlákenné filtry beroucí v úvahu interakce typu částice-vlákno/částice-částice, molekulární charakter toku, Brownův difuzní pohyb včetně realistické 3D struktury filtru vytvořené ze snímku skenovací elektronové mikroskopie. Bylo zjištěno, že koeficient tření mezi filtrovanými částicemi a povrchem polymerních vláken má mnohem větší vliv na filtrační účinnost polymerních nanovlákenných filtrů než rychlost proudění vzduchu, viskozita, teplota a tlak, přičemž jeho pokles má za následek zvýšení tlakové ztráty, nižší filtrační účinnost, nižší faktor filtrační kvality a nižší citlivost faktoru filtrační kvality na množství zachycených částic.