工藝參數(shù)對聚酯纖維針刺復(fù)合濾料半成品性能的影響

任 旭 孫志鉅 李大偉 劉慶生 鄧炳耀

1. 江南大學(xué)生態(tài)紡織教育部重點實驗室，江蘇 無錫 214122；

2. 江南大學(xué)非織造技術(shù)中心，江蘇 無錫 214122；

3. 浙江宇邦科技濾材有限公司，浙江 海寧 314400

隨著工業(yè)化的持續(xù)推進(jìn)，空氣污染問題日益嚴(yán)重。對排放氣體進(jìn)行過濾是減少顆粒物排放的一種十分有效的方法?，F(xiàn)有的煙塵過濾方法主要包括靜電除塵過濾、膜過濾和纖維過濾等[1-2]，其中纖維過濾技術(shù)應(yīng)用最為普遍。非織造過濾材料具有立體的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)和密集的彎曲通道，可有效捕獲并存儲空氣中的顆粒物[3]，具有成本低、效率高和清灰簡易等優(yōu)勢，因此被廣泛用于空氣過濾領(lǐng)域[4]。

目前，對梳理成網(wǎng)進(jìn)行針刺加固是非織造過濾材料生產(chǎn)最常用的方式[5]。纖維成網(wǎng)是非織造材料生產(chǎn)的重要工序。在干法成網(wǎng)工藝中，梳理機(jī)的成網(wǎng)質(zhì)量對產(chǎn)品的好壞起著關(guān)鍵作用[6]。主錫林與工作輥是梳理機(jī)的關(guān)鍵部件，它們對成網(wǎng)質(zhì)量的影響很大[7]。

本試驗將以聚酯纖維(超細(xì)聚酯纖維和普通聚酯纖維)及滌綸長絲基布為原料，利用浙江宇邦濾材科技有限公司的聚酯纖維針刺非織造過濾材料生產(chǎn)線，通過改變梳理機(jī)的主錫林速度和工作輥速度，研究工藝參數(shù)對針刺過濾材料力學(xué)性能、孔徑和過濾性能等的影響，以期為高效率、低成本生產(chǎn)提供參考。

1 試驗部分

1.1 主要材料與設(shè)備

1.1.1 主要材料

超細(xì)聚酯纖維1.56 dtex×51 mm、普通聚酯纖維2.22 dtex×51 mm，江蘇三房巷集團(tuán)有限公司；滌綸長絲基布，經(jīng)密9根/(2.54 cm)，緯密9根/(2.54 cm)，面密度80 g/m2，常州仟億光辰紡織有限公司。

1.1.2 主要設(shè)備及儀器

浙江宇邦濾材科技有限公司聚酯纖維針刺非織造過濾材料生產(chǎn)線，其中梳理機(jī)為ANDRITZ公司的CA21c-A355PPLL型高速梳理機(jī)(簡稱CA21c型梳理機(jī))，系雙錫林、雙道夫、雙層鋪網(wǎng)設(shè)計。

YG028型織物強(qiáng)力機(jī)，寧波紡織儀器廠；CFP-1100A型毛細(xì)管流動孔隙測量儀，美國施多威爾有限公司；YG461E型全自動透氣量儀，寧波紡織儀器廠；LZC-H型濾料綜合性能測試臺，蘇州華達(dá)儀器設(shè)備有限公司。

1.2 過濾材料的制備

超細(xì)聚酯纖維和普通聚酯纖維各自加入生產(chǎn)線中，經(jīng)開松梳理和交叉鋪網(wǎng)后，分別獲得超細(xì)聚酯纖維網(wǎng)胎和普通聚酯纖維網(wǎng)胎。將超細(xì)聚酯纖維網(wǎng)胎作為迎面層，普通聚酯纖維網(wǎng)胎作為進(jìn)氣層，并在兩層纖維網(wǎng)胎中間鋪一層滌綸長絲基布，然后經(jīng)過預(yù)刺、主刺，制得面密度為550 g/m2的復(fù)合濾料半成品(以下簡稱“濾料”)。

本文為研究梳理機(jī)的主錫林速度和工作輥速度對濾料力學(xué)性能、孔徑和過濾性能的影響，保持工作輥速度在50 m/min，改變主錫林的速度(800、900、1 000和1 100 m/min)，制備了4種濾料樣品，分別標(biāo)記為P-1、P-2、P-3和P-4；保持主錫林速度在1 000 m/min，改變工作輥的速度(30、40、50和60 m/min)，制備了另4種濾料樣品，分別標(biāo)記為P-a、P-b、P-c和P-d。其中，P-3和P-c實為相同工藝參數(shù)制備的濾料樣品。

1.3 測試方法

1.3.1 力學(xué)性能

根據(jù)GB/T 3923.1—2013《紡織品 織物拉伸性能 第1部分：斷裂強(qiáng)力和斷裂伸長率的測定(條樣法)》，使用織物強(qiáng)力機(jī)對濾料進(jìn)行拉伸強(qiáng)力測試。將濾料裁剪成長20.00 cm、寬5.00 cm的條樣，每種濾料測試5次，結(jié)果取平均值。

1.3.2 孔徑

利用毛細(xì)管流動孔隙測量儀，測量濾料的孔徑，獲得孔徑分布狀況。

1.3.3 過濾性能

根據(jù)GB/T 5453—1997《紡織品 織物透氣性的測定》，使用全自動透氣量儀對濾料進(jìn)行透氣性測定。壓差為200 Pa，測試面積為20 cm2。每種濾料測試5個點，結(jié)果取平均值。

使用濾料綜合性能測試臺進(jìn)行過濾性能測試。測試面積為100 cm2，流量為84 L/min。過濾效率用上下游粒子數(shù)量差值與上游粒子數(shù)量的百分比表示。

2 結(jié)果與討論

2.1 主錫林速度對濾料性能的影響

2.1.1 力學(xué)性能

表1是保持工作輥速度為50 m/min，不同主錫林速度制備的濾料的力學(xué)性能測試結(jié)果。

從表1可知：隨著主錫林速度的增大，濾料縱向斷裂伸長率先減小后增大、縱橫強(qiáng)力比先增大后減小。其中，當(dāng)主錫林速度為900 m/min時，制備的P-2濾料的縱向斷裂伸長率較小、縱橫強(qiáng)力比更接近于1.00。這主要是因為適當(dāng)?shù)闹麇a林速度有利于獲得較好的纖維梳理效果，纖維團(tuán)被梳理成單纖維的概率增加，纖維排列一致性更高，輸出纖維網(wǎng)的均勻性提高。排列一致性更高的纖維在拉伸時可更有效地抵抗外力作用，濾料縱向斷裂強(qiáng)力提高，縱橫強(qiáng)力差異減小。

表1 不同主錫林速度制備的濾料的力學(xué)性能

2.1.2 孔徑

非織造材料的過濾性能與材料本身的多孔結(jié)構(gòu)密切相關(guān)。非織造過濾材料孔徑增大，則其過濾效率降低[8-9]。圖1是保持工作輥速度為50 m/min，不同主錫林速度下制備的濾料的孔徑分布狀況。

圖1 不同主錫林速度下制備的濾料的孔徑分布狀況

由圖1可知，當(dāng)主錫林速度為900 m/min時，制備的P-2濾料樣品的平均孔徑最小，為(33.34±7.61)μm。由纖維在梳理過程中的數(shù)學(xué)模型可知[10-12]，道夫轉(zhuǎn)移部分纖維后，剩下的纖維會由錫林帶回，在梳理單元中進(jìn)行再一次分梳。主錫林速度增加后，纖維在梳理單元中的梳理次數(shù)增加，單纖化程度提高，輸出纖維網(wǎng)的均勻性增強(qiáng)；但繼續(xù)增加主錫林速度，則纖維會因受到過多的梳理而產(chǎn)生過多的短纖維，最終濾料的過濾性能受影響。

2.1.3 過濾性能

對保持工作輥速度為50 m/min，不同主錫林速度下制備的濾料的過濾效率、過濾阻力和透氣性進(jìn)行測試，結(jié)果見表2。

表2 不同主錫林速度下制備的濾料的過濾性能

由表2可知，保持工作輥速度為50 m/min，當(dāng)主錫林速度為900 m/min時，制備的P-2濾料的過濾性能最佳，其對粒徑≥2.00 μm的顆粒過濾效率高達(dá)93.18%，同時過濾阻力較小，可達(dá)到高效低阻的效果[13]。這是因為，合適的錫林速度能使纖維梳理更加充分，單纖化程度提高，梳理機(jī)輸出纖維網(wǎng)均勻度較好，鋪網(wǎng)后所形成的濾料更加均勻，故過濾效率隨之提高。

2.2 不同工作輥速度對濾料性能的影響

2.2.1 力學(xué)性能

表3是保持主錫林速度在1 000 m/min，不同工作輥速度下制備的濾料的力學(xué)性能測試結(jié)果。

表3 不同工作輥速度下制備的濾料的力學(xué)性能

由表3可知：隨著工作輥速度的增加，濾料縱向斷裂伸長率先減小后增大、縱橫強(qiáng)力比先增大后減小。其中，當(dāng)工作輥速度為40 m/min時，制備的P-b濾料的縱向斷裂伸長率較小、縱橫強(qiáng)力比更接近于1.00。這主要是因為在該工作輥速度下，纖維團(tuán)會受到良好的梳理，纖維在梳理過程中單纖化程度提高，纖維排列一致性增加，纖維網(wǎng)均勻度增加，這樣濾料在受到縱向外力拉伸時，纖維可以更有效地抵抗外力作用，濾料的縱橫向斷裂強(qiáng)力差異減小。

2.2.2 孔徑

圖2是保持主錫林速度在1 000 m/min，不同工作輥速度下制備的濾料的孔徑分布狀況。

由圖2可知，當(dāng)工作輥速度為40 m/min時，制備的P-b濾料的平均孔徑最小，為(32.25±6.47)μm。根據(jù)纖維分散數(shù)學(xué)模型可知，在針齒密度和針齒角度不變的情況下，適當(dāng)增加工作輥速度可增加纖維的轉(zhuǎn)移概率，但進(jìn)一步增加工作輥速度會降低纖維轉(zhuǎn)移率，減弱纖維梳理效果。同時，過高的工作輥速度易在其周圍產(chǎn)生飛花，對原料利用和設(shè)備清潔產(chǎn)生消極影響。

圖2 不同工作輥速度下制備的濾料的孔徑分布狀況

2.2.3 過濾性能

對保持主錫林速度在1 000 m/min，不同工作輥速度下制備的濾料的過濾效率、過濾阻力和透氣性進(jìn)行測試，結(jié)果見表4。

表4 不同工作輥速度下制備的濾料的過濾性能

由表4可知：保持主錫林速度在1 000 m/min，當(dāng)工作輥速度為40 m/min時，制備的P-b濾料的過濾性能最佳，其對粒徑≥2.00 μm的顆粒過濾效率為91.92%，且對小粒徑顆粒的過濾效率亦高于其他樣品；過濾阻力與其他樣品相近。這主要是因為工作輥與錫林之間為分梳作用，合適的工作輥速度可使纖維受到充分的梳理，單纖化程度高，輸出纖維更加均勻。

3 結(jié)論

本試驗以聚酯纖維為原料制造針刺非織造復(fù)合濾料半成品，通過改變梳理機(jī)的主錫林和工作輥的速度，研究了工藝參數(shù)對濾料力學(xué)性能、孔徑和過濾性能的影響，得出：

(1) 當(dāng)工作輥速度保持在50 m/min時，主錫林速度增加，濾料的過濾效果先增強(qiáng)后減弱，對應(yīng)的主錫林的最佳速度為900 m/min。在該條件下制備的濾料，其縱橫強(qiáng)力比更接近1.00，平均孔徑最小(33.34±7.61)μm， 過濾性能在該系列中最好，對粒徑≥2.00 μm的顆粒過濾效率高達(dá)93.18%，同時過濾阻力較小，可達(dá)到高效低阻的效果。

(2) 當(dāng)主錫林速度保持在1 000 m/min時，工作輥速度增加，濾料的過濾效果先增強(qiáng)后減弱，對應(yīng)的工作輥的最佳速度為40 m/min。在該條件下制備的濾料，其縱橫強(qiáng)力比更接近1.00，平均孔徑最小(32.25±6.47)μm，過濾性能在該系列中最好，對粒徑≥2.00 μm的顆粒過濾效率為91.92%。