微納米復(fù)合纖維深度再生絕緣油性能研究

路永輝，盧金寶，朱金康，白洋，艾克拜爾·吐?tīng)柕?/p>

(國(guó)網(wǎng)新疆電力有限公司超高壓分公司，新疆 烏魯木齊 830001)

電力能否可靠供應(yīng)在很大程度上取決于電網(wǎng)是否能安全穩(wěn)定運(yùn)行[1]。電力變壓器作為電力系統(tǒng)的關(guān)鍵部件，在電力系統(tǒng)中起著能量輸送和分配的重要作用[2]，絕緣油在充油變壓器中主要通過(guò)絕緣、冷卻、消弧等作用延長(zhǎng)充油電氣設(shè)備的使用壽命[3]。絕緣油氧化生成的油泥通常是吸濕性物質(zhì)，沉積在絕緣體表面會(huì)引起短路，沉積在變壓器鐵心和線圈會(huì)使其散熱困難，發(fā)生局部過(guò)熱而導(dǎo)致線圈燒毀，影響變壓器的安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行[4]。因此，為了提高變壓器的使用壽命，老化的絕緣油必須進(jìn)行更換或凈化。從環(huán)境和經(jīng)濟(jì)方面考慮，后者是更為理想的選擇[5]。

絕緣油凈化方式主要有吸附再生法、真空過(guò)濾法、離心分離法、壓力凈油法、靜電凈油法等[6]。這些方法在一定程度上提高了絕緣油的性能，但難以滿足超高壓電力設(shè)備對(duì)絕緣油高效回收的要求[7]。納米纖維具有孔隙度高、超輕質(zhì)以及表面活性高等優(yōu)異特點(diǎn)，常常被應(yīng)用在過(guò)濾分離領(lǐng)域[8]。高壓靜電紡絲是納米纖維當(dāng)前的主流生產(chǎn)技術(shù)，它適合多種材料的紡絲，纖維直徑范圍最低可至幾納米[9]。靜電紡絲具體過(guò)程為：紡絲液在高壓電場(chǎng)和纖維表面張力二者作用下，溶液球形液滴會(huì)變成泰勒錐，隨著靜電斥力的增大，直到高壓電場(chǎng)產(chǎn)生的靜電斥力大于纖維的表面張力時(shí)，泰勒錐底部噴出連續(xù)高速均勻的射流[10]，被電場(chǎng)力拉伸變細(xì)的射流進(jìn)行蛇形盤(pán)旋運(yùn)動(dòng)到接收器上，在這個(gè)過(guò)程中，紡絲液中的溶劑具有較強(qiáng)的揮發(fā)性，會(huì)在溫度的作用下不斷揮發(fā)析出溶質(zhì)，最終形成納米纖維[11]。

布熱比耶·玉蘇普等[12]研究了濃度及溶劑配比對(duì)聚偏氟乙烯(polyvinylidene fluoride，PVDF)電紡納米纖維膜的影響。發(fā)現(xiàn)向N，N-二甲基甲酰胺(N，N-Dimethylformamide，DMF)溶劑中加入四氫呋喃(tetrahydrofuran，THF)能提高電紡過(guò)程中溶劑的揮發(fā)速率，減少納米纖維的珠串結(jié)構(gòu)，當(dāng)PVDF質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10%，DMF與THF的質(zhì)量比為3∶2時(shí)，得到的納米纖維具有良好的疏水性，但并未對(duì)其絕緣液凈化效率做深入研究。

為進(jìn)一步提高老化絕緣油的過(guò)濾效率，本文采用靜電紡絲技術(shù)以氟化聚丙烯(polypropylene，PP)微米纖維膜為基底制備具有雙層結(jié)構(gòu)復(fù)合PP/PVDF微納米纖維膜，探究其表面形貌、疏水性和電荷穩(wěn)定性在不同PVDF質(zhì)量分?jǐn)?shù)下的變化規(guī)律，并測(cè)試分析其在濾油時(shí)的油水分離性能以及絕緣油凈化再生性能。

1 實(shí)驗(yàn)測(cè)量及方法

1.1 樣品制備

納米纖維膜制備中涉及的實(shí)驗(yàn)材料和化學(xué)試劑見(jiàn)表1，將PVDF粉末放置在溫度設(shè)為60 ℃的干燥箱中進(jìn)行烘干處理，真空干燥24 h。稱量2.0、2.6、3.2、3.8 g的PVDF粉末分別緩慢加入以300 r/min攪拌的DMF溶液中，攪拌24 h保證PVDF充分溶解，得到的PVDF溶液質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為8%、10%、12%和14%。將溶液置入干燥箱中靜置脫泡備用。

表1 實(shí)驗(yàn)材料和試劑Tab.1 Experimental materials and reagents

使用艾博WL-2C靜電紡絲機(jī)進(jìn)行紡絲，控制箱體內(nèi)溫度在35±0.5℃，腔體內(nèi)相對(duì)濕度在35%以下。使用注射器容積為10 mL，緩慢吸入紡絲前驅(qū)液，向上靜置20 min排出氣泡，注射器配套金屬針內(nèi)徑為0.8 mm，金屬針連接正極性直流高壓電源，使用導(dǎo)電膠將鋁箔紙平整粘貼在平板收集裝置上，負(fù)極性直流高壓電源與平板收集裝置相連。為確保納米纖維膜殘留的溶劑充分揮發(fā)，將納米纖維膜樣品放入50 ℃的電熱鼓風(fēng)干燥箱中干燥4 h。

1.2 靜電紡納米纖維膜測(cè)試表征方法

采用日本電子株式會(huì)社研發(fā)的JSM-7800F場(chǎng)發(fā)射掃描電子顯微鏡對(duì)制備的纖維膜進(jìn)行納米尺度形貌分析，測(cè)試前將制備的樣品膜裁剪合適大小并進(jìn)行45 s的噴金處理，使用尺寸統(tǒng)計(jì)軟件Nano Measurer對(duì)納米纖維的直徑分布進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。同時(shí)，采用貝士德儀器科技有限公司生產(chǎn)的3H-2000PB孔徑分析儀對(duì)纖維膜的孔徑進(jìn)行測(cè)試。表征測(cè)試完成后，采用Nicolet iS5傅里葉變換紅外光譜儀對(duì)納米纖維膜的化學(xué)成分以及分子結(jié)構(gòu)分析，測(cè)試溫度為室溫，并在波數(shù)為350～2 500 cm-1的光譜范圍內(nèi)進(jìn)行掃描。采用中國(guó)上海希太科技公司研發(fā)生產(chǎn)的WCA-500接觸角測(cè)量?jī)x對(duì)納米纖維膜的水滴接觸角進(jìn)行測(cè)定分析。

1.3 電荷存儲(chǔ)穩(wěn)定性測(cè)試

為了進(jìn)一步研究納米纖維膜的電荷存儲(chǔ)穩(wěn)定性，采用靜電探頭測(cè)量技術(shù)對(duì)表面電勢(shì)進(jìn)行測(cè)定分析。圖1中的高壓電源、電極、靜電探頭和靜電電壓表組成等溫表面電勢(shì)測(cè)試系統(tǒng)。針電極電壓設(shè)為5 kV，柵電極電壓設(shè)為2 kV，充電5 min后，迅速將所測(cè)樣品置于靜電探頭下，樣品與靜電探頭間距為1.5 cm，保持溫度為90 ℃，使用靜電電壓表記錄所測(cè)得的表面電勢(shì)。

圖1 電荷穩(wěn)定性測(cè)試系統(tǒng)Fig.1 Charge stability test system

1.4 凈化性能測(cè)試

為了進(jìn)一步研究不同PVDF質(zhì)量分?jǐn)?shù)下納米纖維膜對(duì)絕緣油的凈化性能，本文分析了過(guò)濾前后老化絕緣油的含水量以及電學(xué)性能。采用25號(hào)克拉瑪依礦物油和0.13 mm厚的絕緣紙自行制備了老化60天的絕緣油。使用簡(jiǎn)易抽濾裝置進(jìn)行絕緣油過(guò)濾實(shí)驗(yàn)。采用南京大展公司生產(chǎn)的DZ5001介電常數(shù)測(cè)試儀對(duì)油樣的介電常數(shù)及介質(zhì)損耗進(jìn)行測(cè)量。采用武漢西高華電有限公司生產(chǎn)的XGJJC-80kV型絕緣油介電強(qiáng)度自動(dòng)測(cè)試儀測(cè)量絕緣油的工頻擊穿電壓。采用上海羽通儀器儀表廠生產(chǎn)的YT-11133系列微量水分測(cè)定儀測(cè)定油品中的水分含量。

2 結(jié)果與討論

2.1 表面形貌與纖維直徑

通過(guò)場(chǎng)發(fā)射掃描電子顯微鏡在不同放大倍數(shù)下得到了不同PVDF質(zhì)量分?jǐn)?shù)下的納米纖維膜的表面形貌，對(duì)隨機(jī)抽取的50根纖維直徑進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，結(jié)果如圖2、3所示。由圖可知，在紡絲液中PVDF質(zhì)量分?jǐn)?shù)不斷增加的過(guò)程中，纖維直徑逐漸增大且分布變寬，當(dāng)紡絲液的PVDF質(zhì)量分?jǐn)?shù)為8%時(shí)，在5萬(wàn)倍放大系數(shù)的電鏡圖像中觀察到纖維出現(xiàn)“串珠結(jié)構(gòu)”，即同一根纖維直徑分布不均勻，大概分布在12～44.5 nm范圍內(nèi)，且平均直徑為27.96 nm，這是因?yàn)樗苽涞幕旌先芤褐蠵VDF的質(zhì)量分?jǐn)?shù)過(guò)低，紡絲過(guò)程中溶劑揮發(fā)速率太慢，導(dǎo)致纖維間發(fā)生粘連[13]；在1萬(wàn)倍放大系數(shù)的電鏡圖像中觀察到納米纖維的位置分布不均勻，這是因?yàn)榧徑z過(guò)程中形成帶電噴射流，導(dǎo)致成膜時(shí)存在橢圓珠串和粗細(xì)不均的納米纖維絲。當(dāng)溶質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10%時(shí)，纖維平均直徑增大到77.64 nm，纖維中橢圓珠串結(jié)構(gòu)明顯減少，逐漸向紡錘狀發(fā)展，但形成的纖維結(jié)構(gòu)還是粗細(xì)不均，這表明還需進(jìn)一步增大PVDF的質(zhì)量分?jǐn)?shù)。從電鏡圖像可以明顯看出，在PVDF質(zhì)量分?jǐn)?shù)增大到12%時(shí)納米纖維粗細(xì)均勻且穩(wěn)定分布，此時(shí)納米纖維的平均直徑為132.29 nm。然而，繼續(xù)增大PVDF質(zhì)量分?jǐn)?shù)可以觀察到纖維直徑繼續(xù)變寬，但針頭處的噴射流變細(xì)，這是因?yàn)槿芤赫承赃^(guò)大，電流噴射變得不穩(wěn)定。當(dāng)PVDF質(zhì)量分?jǐn)?shù)為14%時(shí)，納米纖維的平均直徑增大到439.11 nm，并且針頭處出現(xiàn)微量纖維絲，這可能是由于較高的溶液粘度和電導(dǎo)率導(dǎo)致溶劑揮發(fā)加速，同時(shí)，過(guò)高的PVDF質(zhì)量分?jǐn)?shù)會(huì)造成針頭的堵塞無(wú)法繼續(xù)順利紡絲。

圖2 納米纖維直徑分析Fig.2 Nanofiber diameter analysis

圖3 不同PVDF質(zhì)量分?jǐn)?shù)下納米纖維濾膜表面形貌Fig.3 Surface morphology of nanofiber filter membranes with different PVDF mass fractions

由3H-2000PB孔徑分析儀對(duì)纖維膜的孔徑進(jìn)行測(cè)試，結(jié)果見(jiàn)表2，隨著PVDF質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增大，纖維膜的平均孔徑先減小后增大。當(dāng)PVDF質(zhì)量分?jǐn)?shù)為12%時(shí)，納米纖維膜的平均孔徑最小，約為0.69 μm。當(dāng)PVDF質(zhì)量分?jǐn)?shù)為8%時(shí)，納米纖維的孔徑相對(duì)較大約為1.17 μm，這可能是由于PVDF質(zhì)量分?jǐn)?shù)較低時(shí)，納米纖維膜中有許多串珠結(jié)構(gòu)，且同一根纖維粗細(xì)不均，從而導(dǎo)致不同纖維之間的間隙增大；當(dāng)PVDF質(zhì)量分?jǐn)?shù)為14%時(shí)，串珠結(jié)構(gòu)基本消失，即同一根纖維的粗細(xì)基本均勻，但纖維分布變寬，從而導(dǎo)致纖維的孔徑增大。

表2 不同PVDF質(zhì)量分?jǐn)?shù)下納米纖維膜孔徑Tab.2 Pore sizes of nanofiber membranes under different PVDF mass fractions

2.2 晶體結(jié)構(gòu)分析

不同PVDF質(zhì)量分?jǐn)?shù)下納米纖維濾膜的傅里葉紅外光譜結(jié)果如圖4所示?？梢杂^察到，隨著波數(shù)的變化，即使紡絲溶液的溶質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)不同，纖維膜紅外圖譜的形狀大致相同，這是因?yàn)镻VDF納米纖維的化學(xué)結(jié)構(gòu)主要由CF2和CH2基團(tuán)構(gòu)成，且其晶體結(jié)構(gòu)主要由具有高電活性的β相和穩(wěn)定的α相組成。其中，α相由波數(shù)為980、800、770、620、545 cm-1的振動(dòng)波峰表示[14]；振動(dòng)波峰波數(shù)為513、840、1 276 cm-1的為β相[15]。在PVDF質(zhì)量分?jǐn)?shù)不斷增大的過(guò)程中，α相波峰峰值減小，β相波峰峰值逐漸增大，這是因?yàn)镻VDF的α相分子鏈呈TGTG螺旋構(gòu)型，在電場(chǎng)力和表面張力的共同作用下受到拉伸或剪切應(yīng)力，使分子鏈發(fā)生內(nèi)旋和偶極矩的定向排列，形成具有高電活性的β相[16]。

圖4 不同PVDF質(zhì)量分?jǐn)?shù)下納米纖維膜傅里葉紅外光譜Fig.4 Fourier transform infrared spectroscopy of nanofiber membranes under different PVDF mass fractions

2.3 纖維膜疏水性測(cè)試

使用WCA-500接觸角測(cè)量?jī)x分別測(cè)量不同PVDF質(zhì)量分?jǐn)?shù)下纖維膜對(duì)水和礦物油的接觸角，測(cè)量結(jié)果如圖5所示。不同PVDF質(zhì)量分?jǐn)?shù)下的纖維膜均表現(xiàn)出良好的疏水性能，其接觸角在143.6°～154.3°之間變化。當(dāng)紡絲液中PVDF質(zhì)量分?jǐn)?shù)為8%時(shí)，水滴接觸角為143.6°，這是由于在紡絲過(guò)程中出現(xiàn)了大量的串珠結(jié)構(gòu)，形成了大量的微米顆粒，降低了納米纖維濾膜的疏水性[17]。隨著PVDF質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增大，纖維濾膜的疏水性提高，當(dāng)PVDF質(zhì)量分?jǐn)?shù)為12%，水滴接觸角最大，達(dá)到154.3°，這是由于納米纖維分布更加均勻，使纖維膜表面無(wú)明顯凹陷，提高了疏水性。繼續(xù)增大PVDF質(zhì)量分?jǐn)?shù)，發(fā)現(xiàn)水滴接觸角變小，這可能是由于纖維直徑變寬，導(dǎo)致形成的孔徑數(shù)量變少，從而使疏水性能下降[18]。

圖5 不同PVDF質(zhì)量分?jǐn)?shù)下納米纖維膜水滴接觸角Fig.5 Contact angles of water droplets on nanofiber membranes with different PVDF mass fractions

為了研究浸潤(rùn)時(shí)間對(duì)纖維濾膜疏水性的影響，將纖維膜浸潤(rùn)在礦物油中20 h，每間隔2 h取樣測(cè)量其水滴接觸角，測(cè)量結(jié)果如圖6所示。當(dāng)浸潤(rùn)時(shí)間在10 h以內(nèi)時(shí)，纖維膜的水滴接觸角變化較小，在152.5°～155°之間。浸潤(rùn)時(shí)間增加時(shí)，纖維膜的水滴接觸角減小，當(dāng)浸潤(rùn)時(shí)間增加到20 h時(shí)，纖維膜的接觸角由153.89°降低到147.57°?？赡苁怯捎陂L(zhǎng)時(shí)間在礦物油中浸泡，導(dǎo)致納米纖維發(fā)生溶脹，納米纖維的分布變寬，形成的孔徑變少，降低了其疏水性。

圖6 不同浸潤(rùn)時(shí)間納米纖維膜水滴接觸角Fig.6 Contact angles of water droplets on nanofiber membrane after different immersion time in oil

2.4 電荷穩(wěn)定性測(cè)試

使用表面電位測(cè)量裝置對(duì)不同PVDF質(zhì)量分?jǐn)?shù)下制得的纖維膜進(jìn)行電荷穩(wěn)定性測(cè)試。測(cè)量結(jié)果顯示，不同PVDF質(zhì)量分?jǐn)?shù)下的樣品初始表面電位浮動(dòng)較小，PVDF質(zhì)量分?jǐn)?shù)為8%、10%、12%、14%對(duì)應(yīng)的電位分別為1 490、1 428、1 450、1 410 V。繪制了表面電位經(jīng)歸一化處理的衰減曲線如圖7所示?？梢钥吹剑?—1 h，PVDF各質(zhì)量分?jǐn)?shù)下的表面電位衰減較快，這是由于在衰減起始階段，處于淺陷阱中的電荷脫陷較為容易，導(dǎo)致電荷大量脫陷，引起表面電位迅速降低。在2 h以后，PVDF各質(zhì)量分?jǐn)?shù)下的表面電荷衰減速率變慢，可以推測(cè)一段時(shí)間后，處于淺陷阱中的電荷幾乎全部脫陷，該階段主要為深陷阱電荷脫陷，且深陷阱電荷脫陷困難，所以該階段電荷衰減速率放緩[19]。在12 h后衰減速率基本保持不變，其中PVDF質(zhì)量分?jǐn)?shù)為12%的電荷穩(wěn)定性最好，表面電位較初始電位衰減了46.5%，PVDF質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10%的表面電位較初始電位衰減了53.5%，PVDF質(zhì)量分?jǐn)?shù)為8%的電荷穩(wěn)定性最差，較初始電位衰減了60%。當(dāng)紡絲液中PVDF質(zhì)量分?jǐn)?shù)為14%時(shí)，電荷穩(wěn)定性減弱，較初始電位衰減了51.2%。

圖7 不同PVDF質(zhì)量分?jǐn)?shù)下纖維膜歸一化表面電位衰減曲線Fig.7 Normalized surface potential decay curves of fiber membranes under different PVDF mass fractions

對(duì)各PVDF質(zhì)量分?jǐn)?shù)下的表面陷阱分布進(jìn)行了計(jì)算以此來(lái)探明PVDF質(zhì)量分?jǐn)?shù)與電荷穩(wěn)定性的關(guān)系，計(jì)算結(jié)果如圖8所示?？梢钥吹?，伴隨著PVDF質(zhì)量分?jǐn)?shù)不斷增大，駐極體內(nèi)部的深陷阱能級(jí)逐漸增加，淺陷阱中能級(jí)密度減小。PVDF質(zhì)量分?jǐn)?shù)為12%所制得的納米纖維濾膜的淺陷阱和深陷阱的能級(jí)中心為各組分之首，分別為1.11 eV和1.24 eV，且此時(shí)淺陷阱的能級(jí)密度為最小值，所以樣品結(jié)電荷衰減較弱，電荷穩(wěn)定性較強(qiáng)。

圖8 不同PVDF質(zhì)量分?jǐn)?shù)下纖維膜陷阱分布Fig.8 Trap distribution of fiber membranes at different PVDF concentrations

2.5 納米纖維膜的絕緣油凈化性能測(cè)試

為研究納米纖維膜的絕緣油凈化性能，采用氟化PP/PVDF復(fù)合微納米纖維膜(膜樣命名為F-P/PVDF)與氟化PP纖維膜(膜樣命名為CF2%)，其中氟化質(zhì)量分?jǐn)?shù)均為2%，分別過(guò)濾400 mL老化礦物油。不同纖維膜過(guò)濾油樣后的含水量和擊穿電壓如圖9所示。氟化PP/PVDF復(fù)合微納米纖維膜對(duì)水分的濾除效果與提高擊穿電壓效果優(yōu)于氟化PP纖維膜。經(jīng)氟化PP/PVDF復(fù)合微納米纖維膜過(guò)濾后的老化油樣含水量從39.3 mg/L下降至14.9 mg/L，經(jīng)氟化PP纖維膜過(guò)濾后的老化油樣含水量為25.1 mg/L?？赡苁怯捎诜疨P/PVDF復(fù)合微納米纖維膜中較小的納米纖維直徑形成的孔徑更小，增強(qiáng)了對(duì)油樣中水分的截留作用[20]。經(jīng)氟化PP/PVDF復(fù)合微納米纖維膜過(guò)濾后的老化油樣擊穿電壓為50.88 kV，較老化油樣提高了50.38%，與新油樣相比降低了14.87%?？赡苁怯捎诜蟮腜P/PVDF復(fù)合微納米纖維膜對(duì)水分、有機(jī)酸和雜質(zhì)的濾除效果提高，進(jìn)而提高了老化油樣的擊穿電壓。

圖9 油樣過(guò)濾前后水分含量與擊穿電壓Fig.9 Moisture content and breakdown voltage of oil samples before and after filtration

對(duì)油樣過(guò)濾前后相對(duì)介電常數(shù)和介質(zhì)損耗因數(shù)進(jìn)行測(cè)試，結(jié)果如圖10所示。可以看到，各油樣在低頻處的差異較為明顯，在高頻處差異較小。氟化PP/PVDF復(fù)合微納米纖維膜過(guò)濾效果較好，介損與介電常數(shù)與新油相比差距較小，這是由于氟化PP/PVDF復(fù)合微納米纖維膜濾除了老化油中大部分的極性雜質(zhì)與帶電膠體，減少了在低頻段的反應(yīng)。以上結(jié)果表明，氟化PP/PVDF復(fù)合微納米纖維膜對(duì)老化礦物油的凈化性能較好。

圖10 油樣寬頻介電譜Fig.10 Broadband dielectric spectra of oil samples

為深入探究復(fù)合納米纖維膜的油水分離效率，制備了含水量分別為1 000、2 000、3 000 mg/L的油水混合乳液，分別采用未氟化PP纖維膜(膜樣命名為F0)，氟化PP纖維膜(膜樣命名為F2%)和氟化PP/PVDF復(fù)合微納米纖維膜(膜樣命名為F-PP/PVDF)對(duì)混合乳液進(jìn)行過(guò)濾。得到各個(gè)組分的含水量如圖11所示。為方便直觀的比較各組分的油水分離效率，定義油水分離效率[21]

(1)

圖11 不同濾膜過(guò)濾后油中水分含量Fig.11 Moisture content in oil after filtration with different filter membranes

式中c0和cP分別為過(guò)濾前、后油水乳液中水分的含量。計(jì)算各個(gè)濾膜對(duì)不同初始含水量的油水乳液分離效率并繪制油水分離效率曲線如圖12所示?？梢钥吹?，隨著油樣中含水量的增加，各個(gè)組分的油水分離效率呈上升的趨勢(shì)，其中氟化PP/PVDF復(fù)合微納米纖維膜的油水分離效率在各含水量下的油水分離效率較高且較為穩(wěn)定，分離效率最高達(dá)到了98.8%。經(jīng)氟化改性的PP纖維膜次之，未經(jīng)氟化改性的PP纖維膜較差。在油水混合乳液中，水分存在形式為游離水與油包水，游離水易通過(guò)過(guò)濾濾除，油包水因水分表面被油滴包裹難以簡(jiǎn)單濾除。經(jīng)氟化改性后的PP纖維膜提高了表面的粗糙度，油包水在外界壓力的作用下，與粗糙的纖維表面不斷碰撞，油包水被擠壓拉伸變形，發(fā)生同相并聚，最終油包水破乳，水分被截留，實(shí)現(xiàn)油水分離。氟化PP/PVDF復(fù)合微納米纖維膜相比氟化改性PP纖維膜具有更小的纖維直徑，所形成的孔徑更小，增強(qiáng)了對(duì)水分的截留效果，實(shí)現(xiàn)二次分離，從而提高了油水分離效率。

圖12 不同濾膜油水分離效率Fig.12 Oil-water separation efficiency of different filter membranes

3 結(jié)論

采用靜電紡絲法以氟化改性PP纖維膜為基底制備了不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)的PVDF納米纖維膜，對(duì)納米纖維膜的表面形貌進(jìn)行表征，研究其纖維直徑等參數(shù)，并對(duì)絕緣油的凈化性能進(jìn)行評(píng)估，主要結(jié)論如下。

a)PVDF質(zhì)量分?jǐn)?shù)對(duì)纖維膜的表面形貌影響較大。當(dāng)PVDF質(zhì)量分?jǐn)?shù)為8%時(shí)，纖維膜表面存在大量串珠結(jié)構(gòu)和粗細(xì)不均的不連續(xù)纖維；增大PVDF質(zhì)量分?jǐn)?shù)，串珠結(jié)構(gòu)明顯減少，纖維直徑增大且分布變寬，孔徑先縮小后擴(kuò)大，陷阱能級(jí)和密度先增加后變小。12%的PVDF質(zhì)量分?jǐn)?shù)是理想的紡絲條件，此時(shí)纖維直徑為132.29 nm，平均孔徑為0.69 μm，電荷穩(wěn)定性最佳。

b)不同的PVDF質(zhì)量分?jǐn)?shù)下制備的纖維膜具有良好的疏水性，水滴接觸角大致分布在143.6°～154.3°之間。復(fù)合纖維膜在礦物油中短時(shí)間浸潤(rùn)其疏水性浮動(dòng)較小，較長(zhǎng)時(shí)間浸潤(rùn)會(huì)破壞其疏水性。

c)制備的復(fù)合納米纖維膜在油水分離和過(guò)濾微小雜質(zhì)方面表現(xiàn)出優(yōu)異效果，油水分離效率達(dá)到98.8%，擊穿電壓較老化油樣提高了50.38%，顯著降低了老化絕緣油的介電常數(shù)與介電損耗。