SC⁃CO2增塑熔喷聚乙烯纤维膜制备工艺及性能研究

doi:10.19491/j.issn.1001-9278.2025.10.004

中国塑料 ›› 2025, Vol. 39 ›› Issue (10): 18-24.DOI: 10.19491/j.issn.1001-9278.2025.10.004

SC⁃CO₂增塑熔喷聚乙烯纤维膜制备工艺及性能研究

侯钦正¹(), 刘文龙¹, 李长金², 秦柳³, 丁玉梅¹, 李好义¹, 杨卫民¹(), 霍正元⁴

^1.北京化工大学机电工程学院，生物医用材料北京实验室，北京 100029
^2.中国石油化工股份有限公司北京化工研究院，北京 100029
^3.宁波格林美孚新材料科技有限公司，浙江慈溪 315300
^4.中国国际工程咨询有限公司，北京 100032

收稿日期:2024-09-12 出版日期:2025-10-26 发布日期:2025-10-21
通讯作者: 杨卫民，教授，主要研究方向为高分子材料先进制造，yangwm@mail.buct.edu.cn
E-mail:17864215873@163.com;yangwm@mail.buct.edu.cn
作者简介:侯钦正，博士研究生，主要研究方向为高分子材料先进制造，17864215873@163.com
基金资助:
国家自然科学基金(U22B6012);中石化总部项目(223087)

Preparation and properties of supercritical carbon dioxide⁃plasticized melt⁃blown polyethylene fiber film

HOU Qinzheng¹(), LIU Wenlong¹, LI Changjin², QIN Liu³, DING Yumei¹, LI Haoyi¹, YANG Weimin¹(), HOU Zhengyuan⁴

^1.Beijing Laboratory of Biomedical Materials，College of Mechanical and Electrical Engineering，Beijing University of Chemical Technology，Beijing 100029，China
^2.Beijing Research Institute of Chemical Industry，SINOPEC，Beijing 100029，China
^3.Ningbo Green Mobil New Material Technology Co，LTD，Cixi 315300，Zhejiang，China
^4.China International Engineering Consulting Company Limited，Beijing 100032，China

Received:2024-09-12 Online:2025-10-26 Published:2025-10-21
Contact: YANG Weimin E-mail:17864215873@163.com;yangwm@mail.buct.edu.cn

摘要/Abstract

摘要：

低密度聚乙烯（PE⁃LD）超细纤维膜制品具有耐腐蚀、疏水、柔韧抗冲击等特点，在医疗、防护、建材等领域有着广泛的应用前景。本文通过自制的超临界二氧化碳（SC⁃CO₂）浸润装置，研究了SC⁃CO₂增塑熔喷的主要工艺参数热风温度、热风流量、计量泵转速对PE⁃LD纤维膜纤维形貌、结晶性能的影响，对影响机理进行了分析，并考察了其过滤与拉伸性能。结果表明，SC⁃CO₂浸渍，提高热风温度、热风流量，降低计量泵转速都有利于降低PE⁃LD纤维直径，其平均直径最小可达3.88 μm；SC⁃CO₂处理、热风温度增加均有利于结晶度的提高；制备的样品热压后滤效达72.9 %，滤阻仅51.4 Pa；最大拉伸强度为4.5 MPa，断裂伸长率最大可达30 %。本研究提出了PE⁃LD纤维膜的制备新工艺，相关研究成果有望为聚乙烯纤维膜制备工艺的发展提供参考。

关键词: 超临界二氧化碳, 熔喷, 低密度聚乙烯, 纤维膜, 过滤性能, 力学性能

Abstract:

Low⁃density polyethylene （PE⁃LD） microfiber membranes are promising materials for medical， protective， and construction applications due to their corrosion resistance， hydrophobicity， and flexibility. However， conventional manufacturing processes face limitations. This study introduces a novel method for producing PE⁃LD membranes using supercritical carbon dioxide （SC⁃CO₂） as a plasticizing agent in a melt⁃blowing process. We systematically investigated the effects of key process parameters， including SC⁃CO₂ impregnation， hot air temperature， hot air flow rate， and metering pump speed， on the fiber morphology， crystallization behavior， and resulting properties. The results indicated that SC⁃CO₂ treatment， elevated hot air temperature， increased air flow， and reduced pump speed all contributed to a significant reduction in fiber diameter， achieving an average of 3.88 µm. Furthermore， SC⁃CO₂ and higher temperatures enhanced crystallinity. The optimized membrane exhibited excellent performance after hot⁃pressing： a filtration efficiency of 72.9 % with a remarkably low⁃pressure drop of 51.4 Pa， tensile strength of 4.5 MPa， and elongation at break of 30 %. This work establishes the SC⁃CO₂⁃assisted melt⁃blowing process as a highly effective and novel strategy for manufacturing high⁃performance PE⁃LD microfiber membranes with tunable properties.

Key words: supercritical carbon dioxide, melt?blown, low density polyethylene, fibrous membrane, filtering performance, mechanical property

中图分类号:

TQ325.1⁺2

侯钦正, 刘文龙, 李长金, 秦柳, 丁玉梅, 李好义, 杨卫民, 霍正元. SC⁃CO₂增塑熔喷聚乙烯纤维膜制备工艺及性能研究[J]. 中国塑料, 2025, 39(10): 18-24.

HOU Qinzheng, LIU Wenlong, LI Changjin, QIN Liu, DING Yumei, LI Haoyi, YANG Weimin, HOU Zhengyuan. Preparation and properties of supercritical carbon dioxide⁃plasticized melt⁃blown polyethylene fiber film[J]. China Plastics, 2025, 39(10): 18-24.

图/表 12

图1 SC⁃CO2浸润装置的示意图

Fig.1 Schematic diagram of the supercritical carbon dioxide infiltrating device

图2 熔喷试验机装置的示意图

Fig.2 Schematic diagram of the melt⁃blow testing machine

组号	实验变量	实验变量组设置	材料处理方式
1	热风温度	230、250、270、290、310 ℃	未浸润/SC⁃CO₂浸润
2	热风流量	520、600、680、760、840 L/min	未浸润/SC⁃CO₂浸润
3	计量泵转速	11、13、15、17、19 r/min	未浸润/SC⁃CO₂浸润

表1 实验组设置表

Tab.1 Experimental group setting table

图3 SC⁃CO2增塑熔喷纺及主流熔喷纺PE⁃LD在不同热风温度下的纤维平均直径及形貌

Fig.3 The average fiber diameter and morphology of supercritical carbon dioxide plasticized melt⁃jet and mainstream melt⁃jet PE⁃LD at different hot air temperatures

图4 SC⁃CO2增塑熔喷纺及主流熔喷纺PE⁃LD在不同热风流量下的纤维平均直径及形貌

Fig.4 The average fiber diameter and morphology of supercritical carbon dioxide plasticized melt⁃jet and mainstream melt⁃jet PE⁃LD under different hot air flow rates

图5 SC⁃CO2增塑熔喷纺及普通熔喷纺PE⁃LD在不同计量泵转速下的纤维平均直径及形貌

Fig.5 The average fiber diameter and morphology of supercritical carbon dioxide plasticized melt⁃blown PE⁃LD and conventional melt⁃blown PE⁃LD at different metering pump speeds

图6 不同热风温度下SC⁃CO2增塑熔喷纺PE⁃LD的XRD曲线

Fig.6 XRD curves of supercritical carbon dioxide plasticized melt⁃jet spinning PE⁃LD at different hot air temperatures

图7 不同热风温度下SC⁃CO2增塑熔喷纺PE⁃LD的结晶度及晶粒度

Fig.7 Crystallinity and grain size of supercritical carbon dioxide plasticized melt⁃jet spinning PE⁃LD at different hot air temperatures

图8 原料及不同工艺材料的XRD曲线

Fig.8 XRD curves of raw materials and different process materials

实验条件	晶粒度/A	结晶度/%
310 ℃超临界浸润	141	26.80
310 ℃未超临界浸润	187	20.54
MG6000原料	127	16.82

表2 原料及不同工艺材料的晶粒度及结晶度

Tab.2 Grain size and crystallinity of raw materials and different process materials

图9 不同计量泵转速下超临界及未超临界样品的过滤效率和过滤阻力

Fig.9 Filtration efficiency and filtration resistance of supercritical and non⁃supercritical samples at different metering pump speeds

图10 不同热风温度下SC⁃CO2增塑熔喷纺PE⁃LD样品热压前后的拉伸强度和断裂伸长率

Fig.10 Tensile strength， elongation at break of supercritical carbon dioxide plasticized melt⁃jet spinning PE⁃LD samples before and after hot pressing under different hot air temperatures

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Preparation and properties of supercritical carbon dioxide⁃plasticized melt⁃blown polyethylene fiber film

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