許明珠王鋒華陸順興侯偉麗沈恒根

(1.上海特安綸纖維有限公司,上海,200336; 2.東華大學(xué),上海,201620)

芳砜綸耐高溫針刺過(guò)濾氈的熱縮性分析

許明珠1王鋒華1陸順興1侯偉麗2沈恒根2

(1.上海特安綸纖維有限公司,上海,200336; 2.東華大學(xué),上海,201620)

通過(guò)對(duì)芳砜綸等常用耐高溫合纖針刺氈的高溫?zé)峥s試驗(yàn),將芳砜綸與其他耐高溫合纖類針刺氈進(jìn)行對(duì)比,分析研究了芳砜綸針刺氈的熱縮性。結(jié)果表明,芳砜綸針刺氈在 250℃高溫下具有極佳的高溫尺寸穩(wěn)定性,優(yōu)于其他耐高溫合纖類針刺氈。溫度是合纖類針刺氈熱縮的重要影響因素之一,溫度越高熱縮現(xiàn)象越顯著,且熱縮在溫度升高的較短時(shí)間內(nèi)發(fā)生。

芳砜綸,熱縮率,耐高溫過(guò)濾材料,合纖,針刺氈,高溫尺寸穩(wěn)定性

芳砜綸(PSA)是具有特殊結(jié)構(gòu)的芳香族聚酰胺纖維,長(zhǎng)期使用溫度為 250℃,具有良好的耐熱性和阻燃性,熱收縮小,尺寸穩(wěn)定性和抗化學(xué)腐蝕性能等良好[1],適用于水泥、鋼鐵、瀝青等工業(yè)的高溫?zé)煔獬龎m過(guò)濾材料。

耐高溫過(guò)濾材料如濾袋不僅要保證在正常溫度煙氣中能長(zhǎng)期使用,還要能夠有效地抵抗瞬間出現(xiàn)的超高溫?zé)煔馑鶐?lái)的破壞。如果濾袋在高溫?zé)煔庵械慕?jīng)向熱縮率大,將使濾袋在長(zhǎng)度方向上尺寸變短,濾袋底部被袋籠底部牽拉著并受力;如果濾袋緯向收縮率過(guò)大,將使濾袋緊套在袋籠上,從而使濾袋一直處于受力狀態(tài)而加快其強(qiáng)度損耗,縮短使用壽命[2]。因此,耐高溫過(guò)濾材料應(yīng)具有較好的高溫尺寸穩(wěn)定性,其原料纖維的熱縮率、沸水收縮率值要較小[3]。

目前國(guó)內(nèi)耐高溫過(guò)濾材料中常用的聚苯硫醚(PPS)纖維、芳綸 1313(間位芳綸,以下簡(jiǎn)稱為芳綸)、聚酰亞胺(PI)纖維及聚四氟乙烯(PTFE)纖維等均為耐高溫合纖。當(dāng)合纖受熱且溫度超過(guò)一定限度時(shí)纖維產(chǎn)生收縮,這種因受熱的作用而產(chǎn)生的收縮即熱收縮[4]。芳砜綸在 250℃和 300℃下處理 30 min后,熱縮率分別≤1.0%和≤2.0%[1],而聚酰亞胺纖維在相同條件下的熱縮率分別為4.0%和10%[5];芳綸在同樣條件下熱縮率分別≤1.0%和≤3.5%[6],均高于芳砜綸。

本文主要對(duì)芳砜綸和聚苯硫醚纖維、芳綸、聚酰亞胺和聚四氟乙烯纖維針刺氈進(jìn)行了高溫?zé)峥s試驗(yàn),并將芳砜綸與其他四種耐高溫合纖針刺氈進(jìn)行了對(duì)比,分析研究了芳砜綸針刺氈在高溫環(huán)境下的熱縮性。

1 試驗(yàn)內(nèi)容及方法

1.1 試驗(yàn)材料

本試驗(yàn)材料主要是芳砜綸及其他 4種常用的耐高溫合纖類針刺氈,共 11個(gè)樣品,見(jiàn)表 1。

表 1中,芳砜綸針刺氈中采用的纖維規(guī)格為2.2 dtex×51 mm。芳砜綸基布面密度為 130 g/m2,芳綸基布面密度為 130 g/m2,聚四氟乙烯基布面密度為 140 g/m2。其他耐高溫過(guò)濾材料均為市場(chǎng)上不同廠家提供的常規(guī)過(guò)濾材料產(chǎn)品。纖維和基布成分均在表中標(biāo)明,除聚酰亞胺濾料采用聚苯硫醚基布以外,其他濾料均為同一種材料組成,面密度約在 480～520 g/m2。

1.2 試驗(yàn)內(nèi)容

試驗(yàn)內(nèi)容主要包括以下四個(gè)方面:①無(wú)基布芳砜綸針刺氈的熱縮率;②不同基布及纖維原料復(fù)合對(duì)芳砜綸針刺氈熱縮率的影響;③芳砜綸針刺氈與其他耐高溫針刺氈的熱縮率比較;④溫度和時(shí)間對(duì)針刺氈熱縮率的影響分析。

表 1 耐高溫針刺氈熱收縮試驗(yàn)樣品

1.3 試驗(yàn)方法

本試驗(yàn)的熱縮率是指耐高溫針刺氈高溫處理一定時(shí)間后所測(cè)得的尺寸變化率。每種樣品剪取3塊試樣,每塊的尺寸均略大于 20.0 cm × 20.0 cm,在 3塊試樣上精確地做上 20.0 cm× 20.0 cm的正方形標(biāo)志,并標(biāo)出經(jīng)緯方向(如圖 1);將試樣置于試驗(yàn)所設(shè)定溫度的恒溫烘箱中進(jìn)行高溫處理,一定時(shí)間后取出試樣,冷卻后測(cè)量試樣尺寸,以 3塊試樣經(jīng) (或緯)向測(cè)得的 3次數(shù)據(jù)的算術(shù)平均值為準(zhǔn)[7]。

熱縮率的計(jì)算公式如下:

式中:L——高溫處理后針刺氈的尺寸(cm)。

圖1 試樣尺寸示意圖

2 結(jié)果及分析

2.1 無(wú)基布芳砜綸針刺氈的熱縮率

圖 2為芳砜綸與芳綸的無(wú)基布針刺氈熱縮率的比較。由圖可知,在 250℃下處理 200 h后,芳砜綸針刺氈經(jīng)緯向的熱縮率均小于 0.33%,高溫尺寸穩(wěn)定性明顯優(yōu)于芳綸針刺氈。該結(jié)果與王錦等[8]研究的結(jié)果基本相同,即芳砜綸針刺氈在200、250、300℃下經(jīng)過(guò) 200 h的高溫處理后,經(jīng)向收縮不超過(guò) 0.25%,緯向收縮不超過(guò) 0.32%,再次驗(yàn)證了芳砜綸針刺氈具有突出的高溫尺寸穩(wěn)定性。

圖2 芳砜綸和芳綸無(wú)基布針刺氈的熱縮率對(duì)比 (250℃,200 h)

2.2 基布和纖維材料對(duì)針刺氈熱縮率的影響

基布是針刺過(guò)濾氈中重要的結(jié)構(gòu)組成部分之一,本試驗(yàn)分別選取了芳砜綸、芳綸、聚四氟乙烯纖維基布的芳砜綸復(fù)合針刺氈進(jìn)行對(duì)比試驗(yàn),測(cè)試不同基布對(duì)針刺氈熱縮率的影響;同時(shí),還選取了芳綸和聚酰亞胺纖維分別與芳砜綸按 50%比例混合制成的針刺氈進(jìn)行對(duì)比試驗(yàn),測(cè)試不同纖維對(duì)針刺氈的熱縮率影響。

在 250℃下處理 200 h后,不同基布和不同纖維混合后的芳砜綸針刺氈的熱縮率如圖 3和圖 4所示。由圖 3和圖 4可知,100%芳砜綸針刺氈的熱縮率均低于復(fù)合其他材料基布和纖維的復(fù)合針刺氈,并可以得出如下結(jié)論。

圖 3 不同基布的芳砜綸針刺氈的熱縮率對(duì)比(250℃,200 h)

圖 4 混合不同纖維后,芳砜綸針刺氈的熱縮率變化(250℃,200 h)

2.2.1 基布對(duì)針刺氈的經(jīng)向熱縮率具有較大的影響

為了起到增強(qiáng)過(guò)濾材料經(jīng)向強(qiáng)力的作用,基布的經(jīng)密度往往大于緯密度。因此由基布熱縮而引起的針刺氈的收縮變化在經(jīng)向上表現(xiàn)將最為明顯。由圖 3可知,芳砜綸/聚四氟乙烯基布的芳砜綸針刺氈的熱縮率最大,遠(yuǎn)高于芳砜綸/芳綸基布的芳砜綸針刺氈和 100%芳砜綸針刺氈。聚四氟乙烯基布具有較大的熱縮率,致使以其為基布的針刺氈熱縮率最大。

2.2.2 熱縮率大的纖維對(duì)針刺氈的熱縮率具有較大的影響

由圖 4可知,在混合了 50%的芳綸和聚酰亞胺纖維后,芳砜綸復(fù)合針刺氈經(jīng)緯向的熱縮率均有所增大,緯向熱縮率增加尤為明顯。例如,在混合50%聚酰亞胺纖維后,就使得針刺氈緯向熱縮率由原來(lái)的 0.90%顯著地上升到6.33%。從試驗(yàn)結(jié)果可知,針刺氈纖維材料的熱縮率是影響其熱縮性的主要因素。

2.3 芳砜綸針刺氈與其他耐高溫合纖針刺氈的對(duì)比

表 2是芳砜綸與其他耐高溫合纖針刺氈的熱縮率測(cè)試數(shù)據(jù)。其中,聚苯硫醚和聚四氟乙烯針刺氈分別選取了在較低溫度和較短時(shí)間條件下的試驗(yàn)結(jié)果。

聚苯硫醚針刺氈的長(zhǎng)期使用溫度為 190℃,在250℃的高溫下僅 30 min,其緯向熱縮率就達(dá)到3.75%;聚四氟乙烯針刺氈的使用溫度為 260℃,但是在 190℃下處理 2h后,其熱縮現(xiàn)象已經(jīng)比較明顯,緯向熱縮率達(dá)到 3.23%;而純芳砜綸針刺氈在 250℃下經(jīng)過(guò) 200 h處理后,緯向熱縮率僅為0.25%,表現(xiàn)出極佳的高溫尺寸穩(wěn)定性。

2.4 溫度和時(shí)間對(duì)針刺氈熱縮率的影響

選擇了熱縮率較明顯的純聚苯硫醚針刺氈進(jìn)一步研究溫度和時(shí)間對(duì)針刺氈熱縮率的影響。表 3為相同時(shí)間下,聚苯硫醚針刺氈的熱縮率隨溫度變化的測(cè)試數(shù)據(jù)。其他四種耐高溫纖維材料針刺氈熱縮試驗(yàn)所需溫度較高,待有條件時(shí)再進(jìn)行研究。

表2 芳砜綸與其他耐高溫合纖針刺氈熱縮率測(cè)試數(shù)據(jù)

由表 3可知,當(dāng)溫度在 150℃時(shí),聚苯硫醚針刺氈具有良好的熱縮率,針刺氈經(jīng)緯向的熱縮率均≤0.50%;但是隨著溫度的提高,聚苯硫醚針刺氈的熱縮率逐漸增大,尤其是當(dāng)溫度達(dá)到 190℃時(shí),聚苯硫醚針刺氈的經(jīng)向熱縮率在 3.62%以上,熱縮現(xiàn)象較為明顯。

表 3 不同溫度下聚苯硫醚針刺氈的熱縮率測(cè)試數(shù)據(jù)

表 4為 250℃下,聚苯硫醚針刺氈的熱縮率隨時(shí)間變化的測(cè)試數(shù)據(jù)。由表 4可知,聚苯硫醚針刺氈在 250℃下處理 10 min后,經(jīng)緯向熱縮率分別迅速上升到 6.25%和 4.25%(190℃下處理 2 h時(shí)熱縮率分別為 3.62%和 1.46%);之后,隨著時(shí)間的增加其熱縮率變化較不明顯?？梢?jiàn),聚苯硫醚針刺氈的熱縮現(xiàn)象在溫度變化的短時(shí)間內(nèi)即可發(fā)生,之后,在溫度相同的條件下熱縮率隨著時(shí)間的延長(zhǎng)并不會(huì)有太明顯的增大。

表 4 250℃下聚苯硫醚針刺氈的熱縮率隨時(shí)間變化的測(cè)試數(shù)據(jù)

綜上可得:

(1)在時(shí)間相同條件下,合纖類針刺氈的熱縮率隨溫度的升高而增大;

(2)合纖類針刺氈在一定溫度范圍內(nèi)熱縮率隨溫度升高而增加的速度較為緩慢;但當(dāng)溫度超過(guò)某一限值(如長(zhǎng)期使用溫度)后,其熱縮率隨溫度的升高而增大的速度可能將大大提高;

(3)合纖類針刺氈的熱縮現(xiàn)象在溫度變化的短時(shí)間內(nèi)就會(huì)發(fā)生。

3 結(jié)論

通過(guò)對(duì)芳砜綸等耐高溫合纖針刺氈的高溫?zé)峥s試驗(yàn)及其分析比較可得出以下結(jié)論:

(1)與聚苯硫醚、芳綸、聚酰亞胺和聚四氟乙烯常用耐高溫合纖類過(guò)濾材料相比,芳砜綸針刺過(guò)濾氈的熱縮率最小,具有極佳的高溫尺寸穩(wěn)定性。

(2)純芳砜綸針刺氈的熱縮率最小,復(fù)合不同基布和纖維的針刺氈熱縮率都會(huì)受到基布和纖維材料熱縮率的不同影響?；贾饕绊戓槾虤值慕?jīng)向熱縮性,纖維材料熱縮性對(duì)針刺氈的熱縮起著非常重要的作用。

(3)溫度是合纖類針刺氈的熱縮率的重要影響因素之一。一般合纖類針刺氈的熱縮率隨著溫度的升高而增大,且當(dāng)溫度超過(guò)一定范圍后,熱縮現(xiàn)象更加顯著;熱縮現(xiàn)象在溫度升高的短時(shí)間內(nèi)即會(huì)發(fā)生,溫度不變時(shí)熱縮率隨著時(shí)間延長(zhǎng)不會(huì)有較明顯的增加。

[1] 汪曉峰,張玉華.芳砜綸的性能及其應(yīng)用[J].紡織導(dǎo)報(bào),2005(1):18-23.

[2] 姚穆,周錦芳,黃淑珍,等.紡織材料學(xué) [M].2版.北京:中國(guó)紡織出版社,1996:445.

[3] 柳靜獻(xiàn),雷鵬燦,趙寧寧,等.溫度對(duì) PPS針刺氈濾料的影響研究[C]//全國(guó)袋式除塵技術(shù)研討會(huì)論文集.沈陽(yáng):中國(guó)環(huán)境保護(hù)協(xié)會(huì)袋式除塵委員會(huì),2007: 187.

[4] 中國(guó)環(huán)保產(chǎn)業(yè)協(xié)會(huì)袋式除塵委員會(huì).袋式除塵器濾料及配件手冊(cè)[M].沈陽(yáng):東北大學(xué)出版社,2007.

[5] Inspec Fibres GmbH Ins.P84 polyimide fibre[M/OL]. Austria:Inspec Fibres GmbH Ins,[2009-09-05].http://www.P84.com/sites/dc/Downloadcenter/Evonik/ Product/P84/P84-Technical-Brochure.pdf

[6] 孫晉良,呂偉元.纖維新材料[M].上海:上海大學(xué)出版社,2007:29-98.

[7] 馬建偉,郭秉臣,陳昭娟.非織造布技術(shù)概論[M].北京:中國(guó)紡織出版社,2004:163.

[8] 王錦,任加榮,俞鎮(zhèn)慌.芳砜綸針刺氈非織造布在高溫條件下的性能研究 [J].合成纖維,2008(1):39-41.

Analysis of heat-shrinkage property for PS A high-temperature needle filtration felt

Xu M ingzhu1,W ang Fenghua1,Lu Shunxing1,Hou W eili2and Shen Henggen2
(1.Shanghai Tanlon Fibre Co.,Ltd; 2.Donghua University)

The heat-shrinkable properties of PSA needle felt was analyzed and studied through the shrinkage experiment of PSA and other high-temperature synthetic fiber needle felts,through comparing PSA needle feltwith other synthetic fiber needle felts.The results show that PSA needle felt has excellent high temperature dimensional stability at 250℃,superior to other high-temperature needle felts made from synthetic fibers.Temperature is an important factor on heat-shrinkage of needled felt.The higher the temperature,heat-shrinkable phenomenon became significant,and it can happen in a relatively short time when temperature rise.

PSA,heat shrinkage rate,high temperature filtermedia,synthetic fiber,needle felt,high-temperature dimensional stability

TS101.923.1;TS176.5

A

1004-7093(2010)06-0017-04

2009-09-15

許明珠,女,1982年生,開(kāi)發(fā)工程師。主要從事耐高溫芳砜綸產(chǎn)業(yè)用紡織品的開(kāi)發(fā)。