用于耐溫除塵濾料的新型玻璃纖維增強滌綸纖維的力學性能測試分析

王仙　趙連英　趙樹超

摘要：研究一種新型的玻璃纖維增強滌綸纖維，可適用于與芳綸纖維等其他耐高溫材料混紡針刺加工成非織造過濾材料。文章通過與PPS纖維對比，測試了該纖維的耐溫氧化性能，并制備了相同規(guī)格的織物與PPS針刺織物進行耐化學腐蝕性能測試與對比。結果表明，新型增強纖維從200 ℃開始強度損失較明顯，纖維手感發(fā)硬，收縮較明顯；織物經60%H2SO4處理后的斷裂強力保持率在91.98%，經40%NaOH處理后的強力保持率在91.86%，強力和斷裂伸長率分別有所下降，耐化學腐蝕性良好。但基于纖維強度非常高，CV值小，纖維品質較均勻，可嘗試少量與芳綸纖維、PPS纖維進行混紡增加強力，再通過后期坯布和成品的熱收縮率測試評定。

關鍵詞：針刺；滌綸；耐腐蝕；耐溫

中圖分類號：TS176.3

文獻標志碼：A

文章編號：1009-265X（2017）05-0010-05

Abstract：This paper is intended to research a newtype glass fiberreinforced polyester fiber， which is applicable to be processed into nonwoven filter material together with other temperatureresistant materials （such as Aramid fiber） by blending and needling. In this paper， the heatresistance and oxidation properties of the fiber were tested by comparing with that of PPS fiber， and fibers of the same specifications were prepared for comparing with PPS needle punched fabrics for chemical resistance. The results show that， above 200℃， the newtype reinforced fabric suffers from significant strength loss， feels stiff， and greatly shrinks； the breaking strength retention rate of the fabric treated with 60% H2SO4 reaches 91.98%， and that of the fabric treated with 40%NaOH is 91.86%； the strength and elongation at break of the fabric both degrade after being treated， and the fabric has high chemical resistance. Considering the high fiber strength， small CV value， and the uniformity of quality， it is feasible to blend a little aramid fiber and PPS fiber to enhance the strength， which can be verified by means of test and evaluation of hotshrinkage rate of gray fabric and finished product.

Key words：needledpunched； polyester； corrosionresistance； temperatureresistance

近年來，國家加大了對環(huán)保事業(yè)的投入，對污水、粉塵、氣體治理和排放不斷提出新的要求，過濾與分離用紡織品將迎來新的發(fā)展契機，需求也不斷地增長。針刺氈濾料是由隨機排列的纖維經針刺固結形成的，針刺氈呈纖維三向微孔結構，不同于由經緯紗組成的傳統(tǒng)機織濾布，它能夠使含塵氣體分離成單股細小的氣流，使顆粒附著在濾材表面并形成灰塵初層（“濾餅”），具有孔徑小、高效低阻、透氣性好和顆粒捕集性好等特點，所用的纖維原料包括滌綸、丙綸、亞克力、芳綸、聚苯硫醚、聚酰亞胺、芳砜綸、玻纖、聚四氟乙烯纖維等耐高溫纖維，產品種類較多，容易滿足各行業(yè)的除塵過濾要求。

玻璃纖維是一種性能優(yōu)異的復合材料中的增強材料，耐溫耐腐蝕性好，強度非常高，新型的玻璃纖維增強滌綸纖維，是由短切玻璃纖維作為增強結構，滌綸作為基體材料，經熔融紡絲加工的復合型纖維。聚酯母粒熔融后，添加短切玻璃纖維，添加量占0.5%～2%，通過噴絲板進行紡絲。將玻璃纖維與滌綸等耐高溫纖維混合鋪網經高速針刺后制備的除塵濾袋的耐高溫性提高，但是生產過程中由于玻璃纖維不耐折，針刺后強力損失大，強力利用率低，這往往使玻纖僅發(fā)揮了耐溫性，沒有體現(xiàn)增強材料功能。此次充分利用玻纖優(yōu)異性能，與滌綸結合改性研發(fā)，賦予滌綸多功能化，針刺過濾材料的多樣化。

聚苯硫醚（PPS）纖維具有優(yōu)良的耐溫性、耐腐蝕、阻燃性及良好的力學性能等，廣泛應用在鋼鐵、水泥、垃圾焚燒站和電廠領域。相比其他耐高溫纖維，PPS纖維的耐腐蝕性更優(yōu)異，但耐氧化性能卻是最差。本文以PPS纖維對比，測試該新型玻纖增強滌綸纖維的耐溫氧化性能和耐腐蝕性能，期望對開發(fā)這種纖維與芳綸、PPS、PSA纖維等耐高溫混紡針刺過濾材料方面的應用具有參考意義。

1試驗部分

1.1試驗材料

1.1.1纖維原料

試驗使用2種規(guī)格的纖維，具體見表1所示。

1.1.2主要藥品

100%濃硫酸（分析純，華東醫(yī)藥股份有限公司）；氫氧化鈉（化學純，華東醫(yī)藥股份有限公司）。

1.2試驗設備

針刺流水線設備（常熟飛龍無紡機械有限公司），F(xiàn)A1004電子天平（上海舜宇恒平科學儀器有限公司），圓盤取樣器（溫州大榮紡織儀器有限公司），YG（B）141D型數字式織物厚度儀（溫州大榮紡織儀器有限公司），DGG9030A電熱恒溫熱風干燥箱（上海東麓儀器設備有限公司），XQ2型纖維強伸儀（上海新纖儀器有限公司），YG（B）026H型電子織物強力機（溫州大榮紡織儀器有限公司）。

1.3材料制備工藝

用針刺法非織造工藝制備材料，其工藝流程：纖維原料→開包機→粗開松→多倉混棉機→精開松→氣壓棉箱均勻給棉→梳理機→鋪網機→高速預針刺機→2～3臺主針刺機→修面→前道成卷。

1.4試驗性能測試

1.4.1纖維的力學性能

測試標準：GB/T 14337—2008《化學纖維 短纖維拉伸性能試驗方法》。

試驗方法：張力夾100 mg，拉伸隔距設置20 mm，拉伸速度20 mm/min。從待測試樣中隨機取出1根纖維，用張力夾夾持纖維一端，將纖維置于夾持器中，保證纖維沿著軸向自然伸長，然后進行拉伸試驗，每種試樣測試次數為50次。

1.4.2纖維耐氧化性能測試

測試標準：GB/T 6719—2009《袋式除塵器技術要求》。

試驗方法：將試樣分為5組，先將1組試樣置于高溫箱內，以升溫速率2 ℃/min升溫至恒溫，并開始計時。經7 h后從高溫箱內取出，放入恒溫恒濕室內調濕24 h后，待測。烘干溫度分別設置為180、190、200、210 ℃。分別測試每組纖維的強力，測試次數為50次。

1.4.3織物的平方米質量和厚度測試

測試標準：GB/T 24218.1—2009《紡織品 非織造布試驗方法 第1部分：單位面積質量的測定》，GB/T 24218.2—2009《紡織品 非織造布試驗方法 第2部分：厚度的測定》。

1.4.4織物的耐腐蝕性能測試

測試標準：GB/T 6719—2009《袋式除塵器技術要求》。

在濾料樣品上按經向相同的方向剪取100 mm×10 mm濾料5塊，拉伸隔距設置為80 mm，拉伸速度為200 mm/min。取其中一塊按標準測定其斷裂強度f0，將第2、3塊浸在質量分數60%的H2SO4常溫溶液中，將第4、5塊浸于質量分數為40%的NaOH常溫溶液中；24 h后將它們全部取出，經過清水充分漂洗，并在通風櫥中干燥；測定斷裂強力fi。計算斷裂強力保持率λ%=fif0×100。

2結果與分析

2.1纖維的力學性能

通過XQ2型纖維強伸儀測試2種纖維的力學性能，測試結果如圖1和表2所示。

如圖1所示，增強滌綸纖維的強力和斷裂伸長率明顯優(yōu)于PPS纖維，斷裂伸長率在14%～26 %，PPS纖維斷裂伸長率20%～45%。由表2得到，增強滌綸纖維的斷裂強度在5.70～7.99 cN/dtex，是PPS纖維斷裂強度（3.34～4.35 cN/dtex）的近2倍。同時從圖1拉伸曲線圖和表2看出，增強滌綸纖維的模量很高，這是由于增強滌綸纖維混入短切玻璃纖維，模量高，強度極其優(yōu)異，且每次的拉伸曲線分布較集中，纖維性能穩(wěn)定，品質均勻。PPS和芳綸等耐高溫針刺氈的拉伸性能一直以來難以達到行標，被制作成濾袋后經長期使用容易變形，形成褶皺積累灰塵，從而增加過濾阻力增加能耗，此次用的增強滌綸纖維強度很高，期望混入少量降低成本，又提高成品強力和降低斷裂伸長率。

2.2纖維的耐氧化性能

經過恒溫烘箱放置7 h后，分別對每組纖維的強力進行測試，2種纖維的拉伸性能測試結果分別如表3所示。

由表3所示，PPS纖維強度隨著溫度升高，強力有微小的損傷。當溫度達到200 ℃時，纖維強度反而有所增加，是由于高溫條件下PPS纖維受熱收縮，相當于經過預熱處理，內部結構變緊密，結晶度提高，消除了部分內應力，反而提高了力學性能。當溫度達到210 ℃后，斷裂強度逐漸降低，工作溫度最高能達到210 ℃。

增強滌綸纖維從200 ℃開始后強度損失較明顯，纖維手感發(fā)硬，收縮較大。210 ℃后纖維強度降低明顯，所以建議高溫定型設置5～8 min，220 ℃。針刺過程，針刺密度不宜過高，因為增強滌綸纖維模量較高，比其他纖維較脆，過高則會損傷纖維強力。

由圖2（a）所示，2種纖維的斷裂強度隨著烘箱溫度升高都有所下降，其中增強滌綸纖維的強度下降明顯，這是因為纖維的基體是滌綸，不耐高溫，但是又由于混入短切玻纖，強力增加。PPS纖維無論在斷裂強度和斷裂伸長率相對損失幅度小。因此，新型增強纖維的高溫耐氧化性不及PPS纖維，無法取代PPS和芳綸耐高溫纖維，但可嘗試與其他耐高溫纖維針刺制備非織造材料，毛氈通過燒毛軋光一體后，織物內層的基體纖維滌綸因受熱熔融，纖維經過針刺纏結與纖維熔融粘結，而玻璃纖維熔點高，不受影響留在織物里層，提高織物整體的耐溫性。此外還克服了玻璃纖維的脆性，減少玻璃纖維因直接與PPS和芳綸等耐高溫纖維混紡針刺帶來的強力損失。

2.3織物的平方米質量與厚度

經測試，2種織物的平方米質量和厚度的測試結果如圖3所示。

由圖3（a）可以看出，如同遵循常規(guī)針刺過濾材料的平方米質量不勻特點，2種非織造布平方米質量變化都有浮動，但整體比較均衡，PPS織物的平方米質量在（504±5.48） g/m2，新型增強纖維織物的平方米質量在（506±5.48） g/m2。制備過程中通過喂入量、鋪網、纖網排列等工藝因素調節(jié)非織造布的平方米質量，通過適當的針刺頻率、針刺深度調節(jié)非織造布的厚度。圖3（b）可以看出2種非織造布的厚度差異不大，CV值很小，整體均勻，可作對比。

2.4織物的耐腐蝕性能

將2種同規(guī)格的織物在相同條件下進行酸堿處理24 h，并測試拉伸性能，其測試結果如表5所示。表5為PPS織物在酸堿處理前后的斷裂強力和斷裂伸長率的變化，可看出PPS織物的斷裂強力受H2SO4和NaOH溶液的影響較小，強力沒有損失反而有所增加，而斷裂伸長率都受到一定的影響。經60%H2SO4處理后，織物的平均強力保持率為121.35%，斷裂伸長率增加顯著；堿處理后的平均強力保持率達120.69%，這是由于PPS纖維取向度增加，內應力降低，強度增加，織物內部結構受浸泡松散，伸長率增加，耐化學腐蝕能力優(yōu)異。

增強滌綸織物經酸處理后，強度有所下降，強力保持率在91.98%，堿處理后平均強力保持率在91.86%。新型增強纖維織物經過24 h后的酸堿處理，強力分別有所下降，斷裂伸長率下降。其耐腐蝕性不及PPS織物，避免不了常規(guī)纖維的缺陷。

3結論

通過與PPS纖維對比，測試了新型玻璃纖維增強滌綸纖維性能，并制備了相同規(guī)格的織物與PPS針刺織物進行耐腐蝕性能測試，探索一種適用于過濾材料方面的新型纖維，得出如下結論：

a）增強滌綸纖維的強度非常高，在5.70～7.99 cN/dtex，是PPS纖維斷裂強度的近2倍；強力CV值為6.47，即使經高溫烘干后，纖維強力依舊均勻，品質穩(wěn)定。

b）增強滌綸纖維從200 ℃開始后強度損失較明顯，纖維手感發(fā)硬，收縮較大。高溫耐氧化性不及PPS纖維，無法取代耐高溫纖維，但是可嘗試與其他耐高溫纖維混紡針刺制備非織造材料。毛氈通過燒毛軋光一體后，織物內層的基體纖維滌綸因受熱熔融，纖維經過針刺纏結與纖維熔融粘結，而玻璃纖維熔點高，不受影響留在織物里層，提高織物整體的耐溫性。

c）增強滌綸織物經酸處理后，強度有所下降，強力保持率在91.98%；堿處理后平均強力保持率在91.86%。經過24 h后的酸堿處理，強力和斷裂伸長率分別有所下降。但纖維的強度高，若被應用在針刺非織造領域，克服玻璃纖維脆性，減少因其直接與高溫纖維混紡針刺帶來的強力損失，有望提高過濾材料的強力。

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（責任編輯：張會巍）