PET/PP針刺非織造濾材制作工藝對其性能的影響分析

劉 曼， 李恒同， 文 婭， 朱波濤， 郭金鑫， 張如全

(1.武漢紡織大學(xué) 紡織科學(xué)與工程學(xué)院， 武漢 430200; 2.太倉安佑無紡科技有限公司， 江蘇 蘇州 215412)

PET/PP針刺非織造濾材制作工藝對其性能的影響分析

劉 曼1， 李恒同2， 文 婭1， 朱波濤1， 郭金鑫1， 張如全1

(1.武漢紡織大學(xué) 紡織科學(xué)與工程學(xué)院， 武漢 430200; 2.太倉安佑無紡科技有限公司， 江蘇 蘇州 215412)

以PET、PP纖維為原料，制得復(fù)合針刺非織造濾材，通過極差分析法及方差分析法分析了PET和PP的混合比、針刺速度及針刺頻率對PET/PP復(fù)合針刺非織造濾材斷裂強力、密度、厚度的影響。實驗結(jié)果表明：在PET與PP混紡比為3∶7，針刺速度為23.12 m/min，針刺頻率為311.3 Hz的情況下，PET/PP復(fù)合針刺非織造濾材綜合性能達到最佳。在顯著水平為0.1的條件下，混合比例對PET/PP復(fù)合針刺非織造濾材斷裂強力有顯著影響。

PET/PP針刺過濾材料；針刺非織造布；過濾非織造布；正交實驗

隨著空氣質(zhì)量的下降，人們對空氣過濾材料有了更加嚴格的性能要求。非織造濾材因其在過濾效率、容塵能力等方面的突出優(yōu)勢，已逐漸代替?zhèn)鹘y(tǒng)紡織濾材并占據(jù)纖維類過濾介質(zhì)領(lǐng)域的主導(dǎo)地位。針刺非織造布具有三維雜亂結(jié)構(gòu)，可使過濾的顆粒物在孔隙中與纖維充分接觸[1]，其彎曲通道的孔徑結(jié)構(gòu)特別適合制作過濾材料[2]。我國將要公布的針刺過濾布新標準，對針刺過濾布力學(xué)性能的要求更加嚴格，因而研究影響過濾材料性能的工藝參數(shù)變得十分重要[3]。PP(聚丙烯)具有較高的熔點、較低的密度、較好的機械性能，且電絕緣性較好。采用PP作原料生產(chǎn)的產(chǎn)品普遍擁有較好的光澤性，且無毒無味。另外，PP原料易得、價格不高并能循環(huán)利用。但是PP同時也具有一些缺點，如成品剛性差、成型收縮率大、尺寸穩(wěn)定性差、在光熱條件下易降解、溫度低時易脆裂、與極性無機填料和有機纖維的界面黏合力小等，這些缺點不利于PP的發(fā)展。PET(聚對苯二甲酸乙二醇酯)結(jié)晶度高，熔點范圍255～260 ℃，當溫度達到280 ℃以上時開始熱降解。這種材料在有機和油類溶劑中均具有不錯的化學(xué)穩(wěn)定性且不溶于一般溶劑，其電性能在高溫高頻下仍良好，而且具有良好的成纖性能、機械性能、抗蠕變性、硬度和強韌性，但是其吸水性較差。

本文通過正交實驗法制得復(fù)合針刺非織造濾材，通過極差分析法及方差分析法分析PET與PP混合比、針刺速度及針刺頻率對PET/PP復(fù)合針刺非織造濾材斷裂強力、密度、厚度的影響，為PET/PP復(fù)合針刺非織造濾材的開發(fā)提供一定的方法。

1 實 驗

1.1 正交實驗

實驗材料選擇PET和PP。PET和PP按照一個組200 g等分為所需數(shù)量。將PET與PP按照20∶80、30∶70、40∶60的比例充分混合。對混合物進行開松、梳理、交叉鋪網(wǎng)、預(yù)針刺和主針刺加工。加工設(shè)備為開松機、梳理機、鋪網(wǎng)機和針刺機。

選取PET與PP的混和比、針刺速度和針刺頻率3個因素，從每一個因素中取出3個水平，然后根據(jù)L9(33)正交表來進行實驗，具體如表1所示。

不考慮交互作用，分析各因素對PET/PP針刺非織造材料的影響。具體正交實驗方案L9(33)如表2所示。

表1 實驗因子水平編碼表

注：A為PET與PP的混合比；B為針刺速度(m/min)；C為針刺頻率(Hz)

表2 正交實驗方案

注：A為PET與PP的混合比；B為針刺速度(m/min)；C為針刺頻率(Hz)

1.2 織物性能測試

對實驗制得的織物進行重量、厚度以及斷裂強力測試，以這3個指標來判斷織物的性能。

(1)實驗儀器為直尺、剪刀、電子天平CP303、YG9(B)141D型織物厚度儀、尺子、織物強力機YG065H。

(2)測試方法：把9種PET/PP針刺過濾材料分別剪成10 mm×10 mm試樣各50片，用以測量試樣的質(zhì)量、厚度；把9種PET/PP針刺過濾材料分別剪成5 mm×25 mm試樣各50片，用以測量試樣的斷裂強力。

2 實驗結(jié)果及分析

2.1 性能測試結(jié)果

斷裂強力、質(zhì)量、厚度的測試數(shù)據(jù)見表3。

表3 參數(shù)測試數(shù)據(jù)

2.2 正交實驗結(jié)果分析

2.2.1 極差分析

對質(zhì)量、厚度、斷裂強力3個性能指標測試得到的數(shù)據(jù)采用極差分析法分析，結(jié)果見表4。

表4 正交實驗結(jié)果

由表4可知，不論是以質(zhì)量(以質(zhì)量越大越好為出發(fā)點進行考慮)，還是以厚度(以厚度越厚越好為出發(fā)點進行考慮)，或是以斷裂強力(以斷裂強力越大越好為出發(fā)點進行考慮)為標準進行分析，均可以得到同樣的結(jié)論，即主次因素和較優(yōu)水平均為A2B2C2。而從試樣質(zhì)量、厚度、斷裂強力這3個不同指標出發(fā)進行分析，最后得出較優(yōu)水平為A2B2C2。所以選擇PET與PP的混紡比為30∶70，針刺速度為23.12 m/min，針刺頻率為311.3 Hz。

2.2.2 方差分析

將實驗數(shù)據(jù)總變差平方和分解為實驗誤差引起的誤差平方和和各因素水平(含因素間交互作用)引起的因素平方和，對二者進行分析，得出各因素對實驗指標影響的顯著性，可彌補極差分析法無法估計實驗誤差的缺點。

對PET/PP非織造針刺濾材的力學(xué)性能做方差分析，所得結(jié)果見表5。

表5 力學(xué)性能方差分析

注：*表示在顯著水平a=0.1條件下某因素對指標的影響是顯著的，其中a=0.1時，F(xiàn)(2,2)=9。

由表5可知，F(xiàn)值代表了不同因素對材料力學(xué)性能值的影響程度，F(xiàn)A>F(2,2)>FC>FB。在顯著水平a=0.1條件下，PET與PP的混合比對PET/PP針刺非織造材料斷裂強力的影響顯著；而針刺速度和針刺頻率對材料斷裂強力的影響均不顯著，其中針刺頻率對材料力學(xué)性能的影響略大于針刺速度。

對PET/PP非織造針刺濾材的質(zhì)量做方差分析，所得結(jié)果詳見表6。

表6 質(zhì)量方差分析

由表6可知，F(xiàn)值代表了不同因素對材料力學(xué)性能的影響程度，F(xiàn)(2,2)>FA>FC>FB。在顯著水平a=0.1條件下，PET與PP的混合比、針刺速度和針刺頻率工藝參數(shù)對PET/PP針刺非織造材料質(zhì)量的影響均不顯著。其中，PET與PP的混合比對材料質(zhì)量的影響最大，其次為針刺頻率，針刺速度對材料質(zhì)量的影響最小。

對PET/PP非織造針刺濾材的厚度做方差分析，所得結(jié)果見表7。

表7 厚度方差分析

由表7可知，F(xiàn)值代表了不同因素對材料力學(xué)性能的影響程度，其中a=0.1時，F(xiàn)(2,2)=9；F(2,2)>FA>FC>FB。在顯著水平a=0.1條件下，PET與PP的混合比、針刺速度和針刺頻率對其厚度的影響均不顯著。其中，PET與PP的混合比對材料質(zhì)量的影響最大，其次是針刺頻率，針刺速度對材料厚度的影響最小。

方差分析的結(jié)果表明，影響斷裂強力、密度、厚度的主次因素都為ACB，不同于極差分析的ABC，但考慮到極差分析法無法顧及到實驗過程中可能產(chǎn)生的實驗誤差影響，而且在極差分析中B、C因子影響程度幾乎一樣，因而以方差分析結(jié)果為主。在方差分析中， PET與PP的混合比為斷裂強力、密度、厚度的最主要影響因素，影響程度遠遠大于因素B(針刺速度)和因素C(針刺頻率)，這與極差分析結(jié)果一致。

3 結(jié) 語

通過對實驗數(shù)據(jù)進行極差分析和方差分析，可以得到較優(yōu)的工藝參數(shù),即PET與PP混合比為3∶7、針刺速度為23.12 m/min、針刺頻率為311.3 Hz；PET與PP的混合比對PET/PP針刺非織造濾材斷裂強力的影響顯著，是斷裂強度、密度、厚度的主要影響因素。

[1] 張威,谷海蘭. 非織造空氣過濾材料對PM2.5的過濾性能[J]. 上海紡織科技,2013 (2): 59-61.

[2] 王洪,劉明奇,吳海波. 帶電針刺過濾材料的研究[J]. 產(chǎn)業(yè)用紡織品,2014,260(9):17-21.

[3] 陶暉. 用于大氣污染控制的袋式除塵和非織造濾料[J]. 產(chǎn)業(yè)用紡織品,2005,172(2)：27-35.

(責任編輯：姜海芹)

The Effect of Process Parameters to the Performance of PET/PP Needle Non-woven Filter Materials

LIU Man1, LI Heng-tong2, WEN Ya1, ZHU Bo-tao1, GUO Jin-xin1, ZHANG Ru-quan1

(1. Department of Textile science and engineering, Wuhan Textile University, Wuhan 430200;
2. Taicang Anyou No-woven Science and Technology Co.,Ltd., Suzhou 215412, China)

Taking PP, PET fibers as raw material, composite nonwoven filter fabric is manufactured in the needle machine by the orthogonal test method. And using the analysis of range and variance, the effect of mixing ratio, needling speed and density on breaking strength, density and thickness of PET/PP acupuncture composite nonwoven filter fabric is researched. The results show that the overall performance of PET/PP composite needle non-woven filter fabric is the best under the blend ratio of PET/PP 30∶70, acupuncture speed of 23.12 m/min, acupuncture frequency of 311.3 Hz.The blend ratio of PET/PP to the breaking strength has a significant effect in the significant level of 0.1.

PET/PP needle filter materials； needle non-woven fabric; filter non-woven fabric; orthogonal test

2015-06-26

湖北省自然科學(xué)基金重點項目(2013CFA090)；湖北省大學(xué)生創(chuàng)新訓(xùn)練計劃項目(201410495024)

劉曼(1993-)，女，湖北武漢人，碩士生，主要研究方向為非織造材料。

1671-6906(2015)06-0033-04

TG142.1

A

10.3969/j.issn.1671-6906.2015.06.007