俞丹麗 張才前 胡海霞

(1.紹興文理學(xué)院元培學(xué)院，紹興，312000;2.浙江工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院，紹興，312000)

大氣污染會(huì)對(duì)人類造成嚴(yán)重的影響和危害。人體吸入或皮膚接觸污染的空氣后，容易引起呼吸道和肺部疾病，危害心血管系統(tǒng)和肝臟等器官。即使人體有服裝附著，污染空氣也會(huì)對(duì)服裝、皮革，甚至是金屬制品、建筑材料等造成化學(xué)性損害和玷污損害。因此，防治大氣污染和緩解大氣污染的危害已刻不容緩［1］。

目前國(guó)內(nèi)外治理大氣污染采用的方法有袋式除塵器法、電除塵法和濕除塵法。電除塵法是利用高壓電源加放電極和集塵極，形成不均勻電場(chǎng)，分離捕集粉塵，但該方法投資大，受粉塵比電阻、溫度和濕度的影響大，粉塵排放濃度高于100 mg/m3，達(dá)不到先進(jìn)國(guó)家30 mg/m3排放標(biāo)準(zhǔn)的要求;濕除塵法是利用水的黏附力除去粉塵，特別適合應(yīng)用于極微細(xì)粉塵以及有毒氣體的場(chǎng)合，但該法耗水量大，且易造成二次污染，因而其應(yīng)用受到限制。袋式除塵器是利用纖維介質(zhì)分離捕集粉塵，捕集效率高［2］，特別適合亞微米粉塵的捕集，可根據(jù)使用溫度和酸堿度選擇合適的纖維原料，適應(yīng)性強(qiáng)。

袋式除塵器過濾材料所用的原料纖維的選擇最為重要，其基本選擇依據(jù)主要是工作環(huán)境、過濾效果和壽命要求。目前得到較好應(yīng)用的纖維有聚四氟乙烯(PTFE)纖維、Nomex纖維、芳砜綸、聚酰亞胺(P84)纖維、玻璃纖維、聚苯硫醚(PPS)纖維等［3-4］。這些纖維可抵抗化學(xué)品腐蝕、耐高溫、阻燃，可滿足特殊工況的要求［5］，但纖維直徑較粗，一般直徑都大于10 μm，對(duì)于粒徑小于微米級(jí)的細(xì)小顆粒過濾難度較大。設(shè)計(jì)海島型超細(xì)纖維作為過濾材料，可顯著減少材料的孔隙尺寸，提高過濾效率。海島型超細(xì)纖維的性能與開纖工藝關(guān)系密切，目前尚無(wú)涉及超厚海島纖維針刺非織造布開纖工藝的報(bào)道。本文通過正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)超厚海島纖維針刺非織造布均勻開纖的工藝，以達(dá)到提高產(chǎn)品過濾效率的目的。

1 試驗(yàn)部分

1.1 試驗(yàn)準(zhǔn)備

(1)材料:滌綸/錦綸(質(zhì)量比70/30)超厚海島纖維針刺非織造布，平均厚度0.61 cm，面密度674 g/m2，由海寧宇邦濾材公司提供。

(2)藥品:NaOH、HAc、Na2CO3、滲透劑 JFC。

(3)儀器與設(shè)備:JA5003電子天平，DGG-9240B型電熱恒溫烘箱，H-24CFGN高溫高壓染色小樣機(jī)，Eclipse50i尼康顯微鏡，H10KL型臺(tái)式雙立柱電子萬(wàn)能材料試驗(yàn)機(jī)。

1.2 開纖工藝

開纖工藝流程如下:

超厚海島纖維針刺非織造布→水洗→稱重→開纖→清水洗→酸洗→清水洗至中性→烘干→稱重。

(1)水洗。為去除超厚海島纖維針刺非織造布生產(chǎn)過程中纖維所沾的污物，將非織造布剪成10 cm×10 cm的均勻小塊，在50℃的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2%的Na2CO3溶液中處理30 min;然后用水洗凈、擠干，在干燥箱內(nèi)105℃下烘干30 min，移放在干燥器內(nèi)，恒重4 h以上，待用。

(2)稱重。稱量非織造布開纖前的質(zhì)量，計(jì)為W0。

(3)開纖。將超厚海島纖維針刺非織造布放置在高溫高壓小樣染色機(jī)的不銹鋼染罐中，加入配制好的工作液(滲透劑JFC 2 g/L，NaOH溶液若干，浴比1∶50);對(duì)比不同濃度開纖堿液、開纖溫度和開纖時(shí)間對(duì)堿減量和開纖結(jié)果的影響。

(4)酸洗。用2 g/L HAc溶液洗2次。

(5)水洗與烘干。經(jīng)過開纖的超厚海島纖維針刺非織造布用清水洗至中性，在干燥箱內(nèi)105℃下烘干30 min，移入干燥器內(nèi)晾干，調(diào)濕平衡。

(6)稱重。稱量非織造布開纖后的質(zhì)量，記為W1。

1.3 正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)

影響非織造布開纖效果的主要因素有開纖堿液濃度、開纖時(shí)間和開纖溫度，每個(gè)因素設(shè)計(jì)三個(gè)水平。表1是其L9(34)正交試驗(yàn)表。

2 試驗(yàn)結(jié)果與分析

2.1 質(zhì)量損失率和開纖效果照片

將9塊超厚海島纖維針刺非織造布樣品在不同工藝條件下進(jìn)行開纖處理，測(cè)試各樣品開纖后的質(zhì)量損失率，見表2。用顯微鏡觀察開纖情況，并拍攝照片，如圖1所示。

表1 正交試驗(yàn)表

表2 樣品質(zhì)量損失率

2.2 開纖效果分析

由表2和圖1可知:樣品1～樣品4開纖效果較差，僅少部分纖維被開纖，即僅少部分錦綸被溶解;樣品5和樣品6大部分纖維獲得較好開纖效果，但少部分纖維仍舊未能開纖，樣品的質(zhì)量損失率超過20%，即尚有少部分錦綸未能溶解;樣品7和樣品8開纖效果好，基本沒有發(fā)現(xiàn)未開纖纖維，樣品的質(zhì)量損失率接近30%，說明幾乎全部錦綸都被溶解;樣品9的質(zhì)量損失率達(dá)41.9%，大于海島纖維中錦綸的質(zhì)量分?jǐn)?shù)30%，說明樣品中部分滌綸也被溶解，即開纖過度，導(dǎo)致材料表面被腐蝕。由上述分析可見，樣品7和樣品8的開纖工藝較好。

對(duì)9塊樣品質(zhì)量損失率進(jìn)行方差分析，計(jì)算結(jié)果見表3。

由表3可知:堿液濃度和開纖時(shí)間的F值大于F臨界值，對(duì)材料質(zhì)量損失率影響顯著;分析各因素偏差平方和，堿液濃度的偏差平方和較高，說明其是影響材料質(zhì)量損失率最主要因素，而開纖時(shí)間是次要因素;開纖溫度的F值小于F臨界值，說明該因素對(duì)材料質(zhì)量損失率影響不顯著。

圖1 樣品開纖效果照片

表3 質(zhì)量損失率方差分析

2.3 強(qiáng)力測(cè)定

將超厚海島纖維針刺非織造布裁剪成40 cm×40 cm的試樣2塊，按照樣品7和樣品8的開纖工藝分別對(duì)樣品開纖，依據(jù)《GB/T 3923.1—1997紡織品織物拉伸性能第1部分?jǐn)嗔褟?qiáng)力和斷裂伸長(zhǎng)率的測(cè)定條樣法》標(biāo)準(zhǔn)，用電子萬(wàn)能材料試驗(yàn)機(jī)測(cè)試樣品強(qiáng)力，得到樣品7的平均強(qiáng)力為918.5 N/5 cm，樣品8 的平均強(qiáng)力為1 021.3 N/5 cm，說明樣品8的強(qiáng)力高，更適合工況復(fù)雜的情況使用。

根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果分析，最終確定獲得強(qiáng)度較高的海島型超細(xì)纖維針刺非織造布的最佳開纖工藝為:開纖堿液質(zhì)量分?jǐn)?shù)16%，開纖時(shí)間15 min，開纖溫度95℃。

3 結(jié)論

(1)通過正交試驗(yàn)確定了在滌綸/錦綸(質(zhì)量比70/30)超厚海島纖維針刺非織造布開纖工藝的影響因素中，堿液濃度是影響開纖效果的最主要因素，其次是開纖時(shí)間，開纖溫度對(duì)開纖效果影響不顯著;最佳的開纖工藝是堿液質(zhì)量分?jǐn)?shù)為16%，開纖時(shí)間為15 min，開纖為溫度95℃。

(2)在最佳開纖工藝條件下制得的樣品，其斷裂強(qiáng)力達(dá)1 021.3 N/5 cm，說明可適合在復(fù)雜工況下使用。

(3)本文僅討論了超厚海島纖維針刺非織造布開纖后的部分指標(biāo)，對(duì)于開纖后樣品的過濾效果、使用壽命等指標(biāo)等還需作后續(xù)研究。

［1］國(guó)家環(huán)境保護(hù)總局科技標(biāo)準(zhǔn)司.環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)實(shí)施指南［M］.長(zhǎng)春:吉林科學(xué)技術(shù)出版社，1999:32-50.

［2］朱冰.PPS耐高溫針刺過濾材料的工藝與性能研究［D］.東華大學(xué)，2010:5-10.

［3］柯勤飛，靳向煜.非織造學(xué)［M］.上海:東華大學(xué)出版社，2004:28-30.

［4］李勇.袋式除塵器的除塵機(jī)理和影響因素［J］.特種橡膠制品，2003，24(2):29-33.

［5］許明珠.高溫?zé)煔膺^濾除塵用合成纖維性能的試驗(yàn)研究［D］.東華大學(xué)，2008:11-20.