空氣過濾用海島型超細纖維針刺非織造布開纖工藝研究*

俞丹麗 張才前 胡海霞

(1.紹興文理學院元培學院，紹興，312000;2.浙江工業(yè)職業(yè)技術學院，紹興，312000)

大氣污染會對人類造成嚴重的影響和危害。人體吸入或皮膚接觸污染的空氣后，容易引起呼吸道和肺部疾病，危害心血管系統和肝臟等器官。即使人體有服裝附著，污染空氣也會對服裝、皮革，甚至是金屬制品、建筑材料等造成化學性損害和玷污損害。因此，防治大氣污染和緩解大氣污染的危害已刻不容緩［1］。

目前國內外治理大氣污染采用的方法有袋式除塵器法、電除塵法和濕除塵法。電除塵法是利用高壓電源加放電極和集塵極，形成不均勻電場，分離捕集粉塵，但該方法投資大，受粉塵比電阻、溫度和濕度的影響大，粉塵排放濃度高于100 mg/m3，達不到先進國家30 mg/m3排放標準的要求;濕除塵法是利用水的黏附力除去粉塵，特別適合應用于極微細粉塵以及有毒氣體的場合，但該法耗水量大，且易造成二次污染，因而其應用受到限制。袋式除塵器是利用纖維介質分離捕集粉塵，捕集效率高［2］，特別適合亞微米粉塵的捕集，可根據使用溫度和酸堿度選擇合適的纖維原料，適應性強。

袋式除塵器過濾材料所用的原料纖維的選擇最為重要，其基本選擇依據主要是工作環(huán)境、過濾效果和壽命要求。目前得到較好應用的纖維有聚四氟乙烯(PTFE)纖維、Nomex纖維、芳砜綸、聚酰亞胺(P84)纖維、玻璃纖維、聚苯硫醚(PPS)纖維等［3-4］。這些纖維可抵抗化學品腐蝕、耐高溫、阻燃，可滿足特殊工況的要求［5］，但纖維直徑較粗，一般直徑都大于10 μm，對于粒徑小于微米級的細小顆粒過濾難度較大。設計海島型超細纖維作為過濾材料，可顯著減少材料的孔隙尺寸，提高過濾效率。海島型超細纖維的性能與開纖工藝關系密切，目前尚無涉及超厚海島纖維針刺非織造布開纖工藝的報道。本文通過正交試驗設計超厚海島纖維針刺非織造布均勻開纖的工藝，以達到提高產品過濾效率的目的。

1 試驗部分

1.1 試驗準備

(1)材料:滌綸/錦綸(質量比70/30)超厚海島纖維針刺非織造布，平均厚度0.61 cm，面密度674 g/m2，由海寧宇邦濾材公司提供。

(2)藥品:NaOH、HAc、Na2CO3、滲透劑 JFC。

(3)儀器與設備:JA5003電子天平，DGG-9240B型電熱恒溫烘箱，H-24CFGN高溫高壓染色小樣機，Eclipse50i尼康顯微鏡，H10KL型臺式雙立柱電子萬能材料試驗機。

1.2 開纖工藝

開纖工藝流程如下:

超厚海島纖維針刺非織造布→水洗→稱重→開纖→清水洗→酸洗→清水洗至中性→烘干→稱重。

(1)水洗。為去除超厚海島纖維針刺非織造布生產過程中纖維所沾的污物，將非織造布剪成10 cm×10 cm的均勻小塊，在50℃的質量分數為2%的Na2CO3溶液中處理30 min;然后用水洗凈、擠干，在干燥箱內105℃下烘干30 min，移放在干燥器內，恒重4 h以上，待用。

(2)稱重。稱量非織造布開纖前的質量，計為W0。

(3)開纖。將超厚海島纖維針刺非織造布放置在高溫高壓小樣染色機的不銹鋼染罐中，加入配制好的工作液(滲透劑JFC 2 g/L，NaOH溶液若干，浴比1∶50);對比不同濃度開纖堿液、開纖溫度和開纖時間對堿減量和開纖結果的影響。

(4)酸洗。用2 g/L HAc溶液洗2次。

(5)水洗與烘干。經過開纖的超厚海島纖維針刺非織造布用清水洗至中性，在干燥箱內105℃下烘干30 min，移入干燥器內晾干，調濕平衡。

(6)稱重。稱量非織造布開纖后的質量，記為W1。

1.3 正交試驗設計

影響非織造布開纖效果的主要因素有開纖堿液濃度、開纖時間和開纖溫度，每個因素設計三個水平。表1是其L9(34)正交試驗表。

2 試驗結果與分析

2.1 質量損失率和開纖效果照片

將9塊超厚海島纖維針刺非織造布樣品在不同工藝條件下進行開纖處理，測試各樣品開纖后的質量損失率，見表2。用顯微鏡觀察開纖情況，并拍攝照片，如圖1所示。

表1 正交試驗表

表2 樣品質量損失率

2.2 開纖效果分析

由表2和圖1可知:樣品1～樣品4開纖效果較差，僅少部分纖維被開纖，即僅少部分錦綸被溶解;樣品5和樣品6大部分纖維獲得較好開纖效果，但少部分纖維仍舊未能開纖，樣品的質量損失率超過20%，即尚有少部分錦綸未能溶解;樣品7和樣品8開纖效果好，基本沒有發(fā)現未開纖纖維，樣品的質量損失率接近30%，說明幾乎全部錦綸都被溶解;樣品9的質量損失率達41.9%，大于海島纖維中錦綸的質量分數30%，說明樣品中部分滌綸也被溶解，即開纖過度，導致材料表面被腐蝕。由上述分析可見，樣品7和樣品8的開纖工藝較好。

對9塊樣品質量損失率進行方差分析，計算結果見表3。

由表3可知:堿液濃度和開纖時間的F值大于F臨界值，對材料質量損失率影響顯著;分析各因素偏差平方和，堿液濃度的偏差平方和較高，說明其是影響材料質量損失率最主要因素，而開纖時間是次要因素;開纖溫度的F值小于F臨界值，說明該因素對材料質量損失率影響不顯著。

圖1 樣品開纖效果照片

表3 質量損失率方差分析

2.3 強力測定

將超厚海島纖維針刺非織造布裁剪成40 cm×40 cm的試樣2塊，按照樣品7和樣品8的開纖工藝分別對樣品開纖，依據《GB/T 3923.1—1997紡織品織物拉伸性能第1部分斷裂強力和斷裂伸長率的測定條樣法》標準，用電子萬能材料試驗機測試樣品強力，得到樣品7的平均強力為918.5 N/5 cm，樣品8 的平均強力為1 021.3 N/5 cm，說明樣品8的強力高，更適合工況復雜的情況使用。

根據試驗結果分析，最終確定獲得強度較高的海島型超細纖維針刺非織造布的最佳開纖工藝為:開纖堿液質量分數16%，開纖時間15 min，開纖溫度95℃。

3 結論

(1)通過正交試驗確定了在滌綸/錦綸(質量比70/30)超厚海島纖維針刺非織造布開纖工藝的影響因素中，堿液濃度是影響開纖效果的最主要因素，其次是開纖時間，開纖溫度對開纖效果影響不顯著;最佳的開纖工藝是堿液質量分數為16%，開纖時間為15 min，開纖為溫度95℃。

(2)在最佳開纖工藝條件下制得的樣品，其斷裂強力達1 021.3 N/5 cm，說明可適合在復雜工況下使用。

(3)本文僅討論了超厚海島纖維針刺非織造布開纖后的部分指標，對于開纖后樣品的過濾效果、使用壽命等指標等還需作后續(xù)研究。

［1］國家環(huán)境保護總局科技標準司.環(huán)境標準實施指南［M］.長春:吉林科學技術出版社，1999:32-50.

［2］朱冰.PPS耐高溫針刺過濾材料的工藝與性能研究［D］.東華大學，2010:5-10.

［3］柯勤飛，靳向煜.非織造學［M］.上海:東華大學出版社，2004:28-30.

［4］李勇.袋式除塵器的除塵機理和影響因素［J］.特種橡膠制品，2003，24(2):29-33.

［5］許明珠.高溫煙氣過濾除塵用合成纖維性能的試驗研究［D］.東華大學，2008:11-20.