PPS_PTFE_PbTi...纤维滤料制备及过滤特性研究_柳静献.pdf

rescue efficiency J Mathematics in Practice andTheory，2020，50(7):115126.General aviation trajectory planningfor rescue in mountainous areas basedon flight safetyAI Hong-zhou，HE Xin，LIU Quan-yi，HU Mao-qi(College of Civil Aviation Safety Engineering，Civil AviationFlight University of China，Guanghan 618307，Sichuan，China)Abstract:To deal with the high complexity terrain problem ofthe general aviation mountain rescue flight environment，thispaper aims to find a three-dimensional rescue track planningmodel based on an improved ant colony algorithmFor thispurpose，it would be necessary to acquire the real mountainterrain environment data to establish the three-dimensional flightenvironment model The data are homogenized and interpolatedto match the grid size of the 3D flight environment model whichis determined by the rescue aircraft safe operation rulesMeanwhile，it can improve the solution efficiency and accuracyof the track planning model Then，taking the shortest flight pathin three-dimensional space as the objective function and the flightperformance of the aircraft，such as minimum direct flightdistance，maximum pitch angle，maximum yaw angle，maximumflight distance，and flying range，as the constraints，the pathoptimization model is established And，secondly，the traditionalant colony algorithm is improved by reasonably setting the initialpheromoneconcentrationdistributionandpheromoneconcentration update rules The improved ant colony algorithmimproves the search efficiency and ensures the safety of aircraftflight paths by narrowingthesearchscope，avoidingtheblindness of search，and automatically avoiding obstaclesFinally，we use the improved ant colony algorithm to simulateand analyze the route planning of a navigation rescue in thesouthwest mountainous area of China and get the aircraft routingpath under this algorithm The distance error between the aircraftrouting path under the improved algorithm and the sphericalstraight line is controlled within 15%The pitch angle anddeflection angle of the aircraft routing path meet the safe flightrules，and the number of deflection times is less The simulationresults show that the general aviation emergency rescue trajectoryplanning in the real mountain area is feasible，the improved antcolony algorithm proposed in this paper can avoid obstacleavoidance and quickly search for the optimal trajectory time，thus ensuring the security efficiency and reliability of the rescuemissionsKey words:safety social engineering;emergency rescue;threedimensional route planning;ant colony algorithm;digital elevation model;flight safetyCLC number:X949Document code:AArticle ID:1009-6094(2023)02-0506-09文章编号:1009-6094(2023)02-0514-07PPS/PTFE/PbTiO3复合纤维滤料制备及过滤特性研究*柳静献，张舒，吕超，程娇(东北大学资源与土木工程学院，沈阳 110819)摘要:为提高不同工作环境下过滤材料对颗粒物的捕集效率，通过聚四氟乙烯(PTFE)乳液浸渍后处理工艺将典型热压电材料钛酸铅(PbTiO3)粉末黏附于聚苯硫醚(PPS)滤料，制备了不同钛酸铅附着浓度的 PPS/PTFE/PbTiO3复合滤料，并对其过滤效率及压差特性进行了评估。结果表明，当乳液质量分数为 10%、钛酸铅粉末附着浓度为 0.043 g/cm2时，复合滤料过滤效率最高。受益于钛酸铅粉末的热电性及压电性;随着温度升高，钛酸铅热释电电压升高，复合滤料过滤效率逐渐提高，当含尘气流达到 140 时，其对 0.3 m 粒子过滤效率相较于 20 提高了 22.06%;随着风速增大，复合滤料过滤效率降低幅度更小。关键词:环境工程学;捕集效率;压差特性;钛酸铅;热电性;压电性中图分类号:X964文献标志码:ADOI:10.13637/j issn 1009-6094.2021.1411*收稿日期:20210820作者简介:柳静献，教授，博士生导师，从事工业通风除尘、过滤材料、矿井通风除尘与地热控制研究，。基金项目:国家重点研发计划项目(2017YFC0211801，2016YFC020370106，2016YFC0801605);辽宁省兴辽人才计划项目(XLYC2002091);辽宁省科学技术计划项目(2019JH2/10100004);2020年度省重点研发计划项目(2020C03089);沈阳市社会治理科技专项(20206409)0引言研发高效低阻滤料一直是滤料行业永恒不变的目标1。近年来，热/压电材料被广泛应用于除尘领域，利用其部分材料在一定温度或者压力条件下独特的自发极化现象，可以显著提高对于微细粒子的捕集效率2 5。钛酸钡(BaTiO3)是最早发现的热电材料，1986 年，DHAR 等6 首次将钛酸钡与偏聚氟乙烯 PVDF 结合，将制得复合系统用于电容器，为热/压电材料与滤料或其他材料结合奠定基础。1995 年，王维泮等7 首先以聚丙烯(PP)为基材，与高介电常数的 BaTiO3复合而成的 BaTiO3/PP 复合膜是一种电性能优异的高频、交频电介质绝缘材料，加415第 23 卷第 2 期2023 年 2 月安全 与 环 境 学 报Journal of Safety and EnvironmentVol 23No 2Feb，2023大了热/压电材料与其他材料结合的可能性。王西贤8 以 钛 酸 钡 为 驻 极 体 制 备 了 偏 聚 氟 乙 烯(PVDF)/BaTiO3纳米纤维空气过滤膜。Kim 等9 采用聚丙烯腈纳米纤维制备了高效的 PM2.5空气过滤器。李梦营等10 将铌酸锂纳米粒子加入到偏聚氟乙烯纺丝溶液中制出 PVDF/LN 复合纳米纤维。He等11 制备了锆钛酸铅(PZT)/PVDF 纳米纤维复合膜;叶树海12 制备了纳米氧化锌/纤维素复合纳米纤维膜等。Cai 等13 制备了聚丙烯腈(PAN)/聚苯乙烯(PS)复合纤维滤料，对细颗粒物过滤效率方面都有很大的提高。龚俊霞等14 采用共混法制备了纳米氧化锌改性偏聚乙烯超滤膜。综上所述，目前热/压电材料与滤料结合方式多以静电纺丝成膜技术为主且多用于作为一次使用的空气过滤材料领域，而采用热/压电覆膜滤料阻力通常远高于传统纤维滤料，使其运行成本增加15。在工业除尘领域应用的袋除尘滤料由于其通过清灰再生且应用环境苛刻，很难通过纺丝方式添加热/压电材料，关于热/压电材料在严苛工业条件下的应用还有待进一步研究。乳液浸渍技术是工业生产中典型的后处理技术。目前在工业中已经成功将浓度为 10%聚四氟乙烯(PTFE)乳液与针刺毡滤料结合，制备出了性能优异的复合滤料16 19。聚四氟乙烯(PTFE)是一种耐温、耐腐性优异的高聚物，经过 PTFE 乳液浸渍和高温定型后，织物表面会形成薄膜，从而使织物有良好的抗化学腐蚀性、耐热性和耐磨性等17，19。因此，本文利用 PTFE 乳液浸渍后处理工艺，将典型热/压电材料钛酸铅与纤维滤袋相结合，制备 PPS/PTFE/PbTiO3复合滤料，并对其不同风速及温度条件下的过滤效率及压差特性进行研究，对实际各工作环境中滤料捕集效率的提升，以及对高效低阻复合滤料的研发具有一定的借鉴意义。1材料与方法1.1试验材料采用 YG(B)141D 数字式织物厚度仪(辽宁省计量科学研究院)、BT224S 型分析天平(沈阳龙腾电子有限公司)和透气度测试仪(瑞士苏黎世)测量PPS 滤料性能参数，厚度为 1.99 mm，单位面积质量为 562.52 g/m2，透气度为 17.8 m3/(m2min)，纤维直径为 18.488 5 m，风速 1 m/min 时的阻力为11 Pa。PTFE 浓缩分散液质量分数为 60%，加入蒸馏水可使其稀释至 10%。平均粒度为 0.2 m 的钛酸铅粉末纯度高于 99.5%，其压电性与热电性测试装置见图 1，测试结果见图 2 和 3。图 1钛酸铅粉末压/热电性测试装置Fig 1Lead titanate powders piezoelectricity andthermoelectricity test device图 2钛酸铅粉末压电电压随压力变化Fig 2Variation of piezoelectric voltage of leadtitanate with pressure1.2PPS/PTFE/PbTiO3复合滤料制备方法图 4