聚四氟乙烯長(zhǎng)絲過(guò)濾織物的生產(chǎn)

陳永紅 侯曉鵬 蔡普寧 呂青臣

(陜西省紡織科學(xué)研究院，陜西西安，710038)

聚四氟乙烯(Polytetrafluoroethylene，以下簡(jiǎn)稱PTFE)長(zhǎng)絲是經(jīng)紡絲，或制成薄膜后切割，或原纖化而制得的一種合成纖維。PTFE纖維是全氟化直鏈高聚物，國(guó)內(nèi)通常稱氟綸。PTFE纖維在1953年由美國(guó)杜邦公司開(kāi)發(fā)，隨后逐步實(shí)現(xiàn)了工業(yè)化，其具有優(yōu)異的耐酸堿和耐高溫性能，是化工過(guò)濾的首選材料[1-2]。我們近期對(duì)市場(chǎng)進(jìn)行了相關(guān)的調(diào)研，設(shè)計(jì)并開(kāi)發(fā)了PTFE長(zhǎng)絲過(guò)濾織物，產(chǎn)品受到了北京某化工設(shè)備企業(yè)用戶的好評(píng)，現(xiàn)將兩款產(chǎn)品的生產(chǎn)情況總結(jié)如下。

1 PTFE纖維的性能

物理性能。熱穩(wěn)定性方面，PTFE纖維在200 ℃時(shí)加熱4 h，強(qiáng)度保持率為97%，在260 ℃溫度下可連續(xù)工作且性能穩(wěn)定，并能承受高達(dá)290 ℃的瞬時(shí)高溫。由于PTFE纖維具有獨(dú)特的分子結(jié)構(gòu)，因而在高溫下難以融化。防紫外線性能方面，PTFE纖維有很強(qiáng)的防紫外線性能，連續(xù)3年直接暴露在日光和大氣中，其斷裂強(qiáng)度僅下降2%，在室外放置15年也無(wú)老化現(xiàn)象。阻燃性能方面，PTFE纖維的極限氧指數(shù)在90%～95%，阻燃性能優(yōu)異。

化學(xué)性能方面。PTFE纖維具有優(yōu)良的耐化學(xué)性，可耐受除熔融金屬以及高溫下氟氣以外的所有已知酸、堿、鹵素及氧化劑等，可適用于腐蝕性藥品、有機(jī)溶劑用的包裝薄膜和密封管等。PTFE纖維的耐化學(xué)性較好，即使在高溫情況下也不受影響。PTFE纖維可耐煮沸的濃硝酸、濃硫酸、王水和濃堿，在各種有機(jī)溶劑中幾乎不發(fā)生膨脹現(xiàn)象[3-5]。

2 產(chǎn)品性能要求和規(guī)格設(shè)計(jì)

2.1 產(chǎn)品性能要求

化工生產(chǎn)過(guò)程中，特別是在強(qiáng)酸堿條件下進(jìn)行反應(yīng)后對(duì)不同物質(zhì)及中間物的分離，雜質(zhì)、水分等的去除需進(jìn)行過(guò)濾，普通的過(guò)濾材料無(wú)法滿足其使用環(huán)境要求，PTFE纖維優(yōu)異的耐酸堿性能成為化工過(guò)濾的首選材料。根據(jù)化工過(guò)濾使用環(huán)境過(guò)程中的要求和與使用廠家溝通的結(jié)果，以133.3 tex的PTFE長(zhǎng)絲進(jìn)行研發(fā)，且要求過(guò)濾織物經(jīng)、緯向斷裂強(qiáng)力均不低于800 N，透氣率不大于1 200 mm/s。我們選用山東某企業(yè)生產(chǎn)的133.3 tex的PTFE長(zhǎng)絲進(jìn)行產(chǎn)品開(kāi)發(fā)。長(zhǎng)絲性能指標(biāo)：斷裂強(qiáng)力36.2 N，斷裂強(qiáng)度27.7 cN/tex，斷裂伸長(zhǎng)率3.2%。

2.2 產(chǎn)品規(guī)格

根據(jù)過(guò)濾織物指標(biāo)要求并結(jié)合過(guò)濾使用過(guò)程要求，開(kāi)發(fā)了兩款過(guò)濾織物，經(jīng)、緯紗均采用133.3 tex的PTFE長(zhǎng)絲，經(jīng)密均為166根/10 cm，緯密均為72根/10 cm，織物組織分別為平紋和二上二下斜紋。

2.3 生產(chǎn)要求

PTFE長(zhǎng)絲易滑移，在生產(chǎn)過(guò)程中除了要求張力均勻外，織機(jī)將刺環(huán)邊撐更換為橡膠邊撐，以防止邊部空隙不均勻，影響過(guò)濾精度。織造完成后不使用碼布機(jī)，而采用手工碼布，防止紗線滑移，影響空隙均勻度。

3 各工序生產(chǎn)要點(diǎn)及工藝配置

PTFE材料在靜電序列表中處于端點(diǎn)，容易集聚靜電，給生產(chǎn)帶來(lái)困難。針對(duì)此情況，我們采用ZH-K型抗靜電劑，將抗靜電劑濃度控制在3%～5%范圍內(nèi)，對(duì)PTFE長(zhǎng)絲進(jìn)行噴灑并放置24 h后再使用。通過(guò)此措施可有效減少PTFE長(zhǎng)絲在生產(chǎn)中集聚的靜電，提高織機(jī)開(kāi)口清晰度，確保生產(chǎn)順利進(jìn)行。

3.1 整經(jīng)工序

在整經(jīng)前對(duì)整個(gè)紗線通道進(jìn)行檢查，對(duì)毛刺和花毛進(jìn)行清理，保證整個(gè)紗線表面光滑，減少PTFE長(zhǎng)絲在生產(chǎn)過(guò)程中劈絲發(fā)毛等情況。采用KY6041-1800型整經(jīng)機(jī)，工藝配置原則為“低速度，大張力，防損傷，卷均勻”。根據(jù)紗線粗細(xì)，張力配置采用分層分段設(shè)置，前中后排分別為上5 cN、中6 cN、下5 cN；上4 cN、中5 cN、下4 cN；上5 cN、中6 cN、下5 cN；邊紗7 cN。為了防止損傷長(zhǎng)絲，車速控制在100 m/min；經(jīng)過(guò)預(yù)處理的PTFE長(zhǎng)絲整經(jīng)后生產(chǎn)正常，經(jīng)軸卷繞均勻。

3.2 漿紗工序

由于PTFE長(zhǎng)絲強(qiáng)力高，為非極性材料，其親水性較差，漿料無(wú)法黏附，因此漿紗工序主要是將紗線均勻地卷繞到織軸上。有效降低纖維表面比電阻和減少摩擦而產(chǎn)生的靜電是工藝的重點(diǎn)。結(jié)合纖維特性和后道工序生產(chǎn)要求，采用水和抗靜電劑作為漿料，500 kg水，5 kg抗靜電劑。該品種漿紗主要是利用水和抗靜電劑降低PTFE長(zhǎng)絲的表面比電阻，在漿紗過(guò)程中對(duì)溫度控制偏低。紗線預(yù)烘溫度控制在90℃，主烘溫度控制在60℃，保證紗線有足夠的回潮率。漿紗時(shí)各區(qū)張力要適中，保證織軸卷繞密度，實(shí)現(xiàn)張力均勻。漿紗工藝采用“單浸雙壓，小張力，小壓力，緊卷繞，大回潮”的工藝原則。

產(chǎn)品在GA338-300型漿紗機(jī)上生產(chǎn)。漿紗機(jī)工藝：車速20 m/min，預(yù)烘溫度90 ℃，主烘溫度60 ℃，前壓輥壓力5 kN，后壓輥壓力5 kN(5 m/min)，后壓輥壓力10 kN(20 m/min)，干區(qū)張力1 200 N，卷繞張力3 200 N。

3.3 穿筘工序

采用4頁(yè)綜框生產(chǎn)，平紋組織和二上二下斜紋地組織穿法均為1、2、3、4順穿，平紋組織邊穿法1、2、3、4順穿，二上二下斜紋邊組織穿法為1、3、1、3；采用不銹鋼鋼筘和專用綜絲，確保上機(jī)的專件表面光滑無(wú)毛刺。

3.4 織造工序

該產(chǎn)品在GA1724型劍桿織機(jī)上進(jìn)行生產(chǎn)。因?yàn)榭椢餅殚L(zhǎng)絲產(chǎn)品，在生產(chǎn)過(guò)程中容易產(chǎn)生掛絲疵點(diǎn)，因此在上機(jī)前對(duì)織機(jī)布面通道進(jìn)行檢修保養(yǎng)，確保在織造過(guò)程中PTFE長(zhǎng)絲的完好。遵循“低車速，小張力，晚開(kāi)口”的工藝原則，減少掛絲和紗線滑移現(xiàn)象；將原刺環(huán)邊撐更換為橡膠邊撐，以避免織物邊部紗線滑移。

GA1724型劍桿織機(jī)主要工藝參數(shù)：車速200 r/min，采用長(zhǎng)后梁，后梁高度970 mm，停經(jīng)架125 mm×80 mm，多臂開(kāi)口量34 mm、47 mm、58 mm、67 mm。開(kāi)口時(shí)間310°、280°(廢邊)，綜平時(shí)綜框高120 mm?？棛C(jī)效率達(dá)73.2%?？椩爝^(guò)程中主要的疵點(diǎn)為紗線相互摩擦后產(chǎn)生劈絲，針對(duì)該類疵點(diǎn)，我們?cè)诳棛C(jī)上加裝了加濕裝置，以減少紗線相互摩擦產(chǎn)生的靜電。考慮到引緯過(guò)程中緯向機(jī)件與纖維摩擦產(chǎn)生靜電，在儲(chǔ)緯器外加裝了加濕裝置，降低紗線摩擦后產(chǎn)生的靜電，減少了緯向劈絲疵點(diǎn)。緯向加濕裝置如圖1所示。

圖1 緯向加濕裝置

由于改用橡膠邊撐，布邊握持力度變小，造成整個(gè)布邊松弛和疵點(diǎn)增加。為此將原來(lái)邊紗由每筘2入調(diào)整為每筘3入，將邊紗根數(shù)由36根調(diào)整為48根，并將整體橡膠邊撐增加2個(gè)刺環(huán)，將邊撐位置靠近織口，最終解決了邊部松弛現(xiàn)象，邊部疵點(diǎn)明顯減少[6-7]。

在織造過(guò)程中，雖然在前道工序?qū)TFE長(zhǎng)絲進(jìn)行了預(yù)處理，但經(jīng)紗在織機(jī)上往復(fù)運(yùn)動(dòng)摩擦還是會(huì)集聚靜電。因此，我們將含有抗靜電劑的液體霧化后噴灑在紗面上，明顯降低了由于紗線起靜電纏繞而導(dǎo)致的綜絲、鋼筘和織口處產(chǎn)生的劈絲問(wèn)題。經(jīng)向在織軸后加裝加濕裝置，定時(shí)給織機(jī)軸面進(jìn)行加濕。經(jīng)向加濕裝置如圖2所示。

圖2 經(jīng)向加濕裝置

3.5 整理工序

針對(duì)過(guò)濾材料的要求和PTFE長(zhǎng)絲的特點(diǎn)，坯布下機(jī)后不經(jīng)過(guò)驗(yàn)布機(jī)和碼布機(jī)，而采用人工碼布和修織。在修織過(guò)程中，要避免刮擦布面和人為造成的布面紗線滑移。修織完成后為了保證布面平整度，對(duì)坯布進(jìn)行打卷包裝。圖3為兩種規(guī)格PTFE長(zhǎng)絲過(guò)濾織物的實(shí)物照片。

(a)平紋

4 過(guò)濾材料的性能

依據(jù)GB/T 3923.1—2013《紡織品 織物拉伸性能 第1部分：斷裂強(qiáng)力和斷裂伸長(zhǎng)率的測(cè)定(條樣法)》，在織物強(qiáng)力儀上對(duì)兩種規(guī)格的PTFE長(zhǎng)絲過(guò)濾織物進(jìn)行強(qiáng)力測(cè)試。依據(jù)GB/T 5453—1997《紡織品 織物透氣性的測(cè)定》，在FZ-47型數(shù)字式織物透氣量?jī)x上對(duì)兩種規(guī)格的PTFE長(zhǎng)絲過(guò)濾織物進(jìn)行透氣性能測(cè)試。測(cè)試的強(qiáng)力和透氣率指標(biāo)如下。

項(xiàng)目 平紋織物 斜紋織物

經(jīng)向強(qiáng)力/N 3 024.2 2 822.3

緯向強(qiáng)力/N 1 163.1 1 132.6

透氣率/mm·s-1622.3 805.9

由以上測(cè)試數(shù)據(jù)可以看出，兩種織物性能指標(biāo)均達(dá)到了用戶要求。

5 結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)生產(chǎn)PTFE長(zhǎng)絲過(guò)濾織物我們體會(huì)到，在生產(chǎn)過(guò)程中應(yīng)針對(duì)長(zhǎng)絲特性和材料最終用途，在關(guān)鍵環(huán)節(jié)采取必要的工藝措施和相應(yīng)的專件器材，從原料特性、工藝技術(shù)、設(shè)備專件和操作方法等方面進(jìn)行分析和優(yōu)化，最終才能系統(tǒng)地解決PTFE長(zhǎng)絲過(guò)濾織物在生產(chǎn)過(guò)程中出現(xiàn)的問(wèn)題，并整體提升PTFE長(zhǎng)絲過(guò)濾織物的品質(zhì)。開(kāi)發(fā)的兩款產(chǎn)品經(jīng)化工廠家使用，各項(xiàng)性能均達(dá)到了過(guò)濾要求，可替代同類型的高端進(jìn)口過(guò)濾材料。