南通大學(xué)紡織服裝學(xué)院，江蘇 南通226019

滌綸復(fù)合針刺氈工藝及性能研究*

張旭李素英常敬穎朱夢(mèng)玲謝檸蔚

南通大學(xué)紡織服裝學(xué)院，江蘇 南通226019

以0．90、2．20、2．78 dtex的滌綸為原料，以過(guò)濾氈結(jié)構(gòu)、纖維配比、針刺密度為因素，設(shè)計(jì)正交試驗(yàn)方案。采用梳理成網(wǎng)、針刺加固工藝制備滌綸復(fù)合針刺氈，研究各因素對(duì)滌綸復(fù)合針刺氈的影響。結(jié)果表明：當(dāng)針刺密度為900刺/cm2時(shí)，[15%(質(zhì)量分?jǐn)?shù))0．90 dtex 滌綸+35%(質(zhì)量分?jǐn)?shù))2．20 dtex滌綸]/50%(質(zhì)量分?jǐn)?shù))2．78 dtex滌綸的復(fù)合針刺氈的力學(xué)性能最好；當(dāng)針刺密度為700刺/cm2時(shí)，[35%(質(zhì)量分?jǐn)?shù))0．90 dtex滌綸+15%(質(zhì)量分?jǐn)?shù))2．20 dtex滌綸]/50%(質(zhì)量分?jǐn)?shù))2．78 dtex滌綸的復(fù)合針刺氈的透氣性最好；所有試樣對(duì)PM2．5的過(guò)濾效率均達(dá)到100%。

滌綸復(fù)合針刺氈， 過(guò)濾氈結(jié)構(gòu)， 纖維配比， 針刺密度， PM2．5

工業(yè)的迅猛發(fā)展及人類的活動(dòng)導(dǎo)致工業(yè)、生活、交通和建筑等各類排放源排放了大量的煙塵和粉塵，大氣中顆粒物急劇增加，環(huán)境日趨惡劣，這嚴(yán)重影響了人類的身體健康[1-2]。因此，人們?cè)絹?lái)越關(guān)注可以安全防護(hù)粉塵顆粒的材料，并加大了對(duì)此類材料的開(kāi)發(fā)和應(yīng)用。過(guò)濾是指分離、捕集分散于氣體或液體中顆粒狀物質(zhì)的一個(gè)過(guò)程。除塵凈化技術(shù)的發(fā)展、水平的提高及其應(yīng)用范圍的擴(kuò)展，使人們對(duì)除塵用紡織品在數(shù)量、品種和質(zhì)量上都有了更高的要求[3]。因此，研制與開(kāi)發(fā)過(guò)濾除塵用防護(hù)紡織材料越來(lái)越重要。

目前，我國(guó)過(guò)濾與分離用紡織品的應(yīng)用領(lǐng)域十分廣泛，且受國(guó)家環(huán)保政策的影響，過(guò)濾與分離紡織品行業(yè)近年繼續(xù)保持快速增長(zhǎng)，其中高溫過(guò)濾紡織品增速明顯。非織造布加工方法多樣，且可按照過(guò)濾材料的密度梯度需要設(shè)計(jì)最佳的纖維曲徑系統(tǒng)，生產(chǎn)更為合理、經(jīng)濟(jì)[4]。非織造布的過(guò)濾效率與其結(jié)構(gòu)[5]密切相關(guān)。有研究[6]表明，非織造布孔隙率越小，則纖維填充率越大，對(duì)粒子的干涉作用越強(qiáng)，捕集效率越高，過(guò)濾效率越好。

針剌氈作為新興的非織造過(guò)濾材料，其以獨(dú)特的三維立體網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)、均勻的孔隙分布、合理的纖維曲經(jīng)系統(tǒng)及良好的過(guò)濾性能，加上高產(chǎn)量、低成本等特點(diǎn)，逐步取代了傳統(tǒng)的機(jī)織和針織過(guò)濾材料，成為袋式除塵器濾料的主流。當(dāng)介質(zhì)流經(jīng)針刺氈時(shí)，濾材的網(wǎng)狀孔隙增強(qiáng)了分散效果，提高了過(guò)濾效率[7]。針刺氈既能抑制粉塵粒子向深層滲透，延長(zhǎng)使用壽命，又能迅速形成塵餅，增強(qiáng)過(guò)濾作用。

本文以0．90、2．20、2．78 dtex線密度的滌綸短纖為原料，以過(guò)濾氈結(jié)構(gòu)、纖維配比、針刺密度為因素，設(shè)計(jì)正交試驗(yàn)方案，采用梳理成網(wǎng)、針刺加固非織造工藝制備滌綸復(fù)合針刺氈。研究工藝參數(shù)對(duì)滌綸復(fù)合針刺氈的過(guò)濾相關(guān)性能的影響，測(cè)試分析各試樣的面密度、厚度、透氣性、斷裂強(qiáng)力、過(guò)濾效率，研究不同復(fù)合結(jié)構(gòu)對(duì)滌綸復(fù)合針刺氈性能的影響，以為生產(chǎn)實(shí)踐提供理論指導(dǎo)。

1 試樣制備

1．1試驗(yàn)原料與制備器材

1．1．1 試驗(yàn)原料

0．90、2．20、2．78 dtex的滌綸短纖，寧波大發(fā)化纖有限公司。

1．1．2 制備器材

FZSC1050梳理機(jī)，常熟偉成非織造設(shè)備廠； YBG343-110針刺機(jī)，海潤(rùn)紡織機(jī)器廠； BSA2245-CW電子分析天平，賽多利斯科學(xué)儀器(北京)有限公司。

1．2試驗(yàn)方案及試樣制備

針刺氈上層選擇2種線密度的滌綸短纖按比例稱重混合，經(jīng)梳理機(jī)鋪網(wǎng)后，在針刺深度為9 mm的預(yù)針刺機(jī)上預(yù)刺，再在針刺深度為7 mm的主針刺機(jī)上進(jìn)行主刺；下層使用余下線密度的滌綸短纖梳理成網(wǎng)、針刺加固。將制備好2塊的針刺非織造材料通過(guò)針刺深度為7 mm的主針刺機(jī)針刺在一起，制成滌綸復(fù)合針刺氈試樣。設(shè)計(jì)的3因素3水平的正交試驗(yàn)如表1和表2所示。

表1 試驗(yàn)因素設(shè)計(jì)表

注： A1表示滌綸復(fù)合針刺氈的上層由0．90 dtex和2．20 dtex的滌綸短纖混合針刺制成，滌綸針刺過(guò)濾氈的下層由2．78 dtex的滌綸短纖針刺制成；B1表示制成的滌綸復(fù)合針刺氈中，0．90 dtex滌綸短纖的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為15%，2．20 dtex滌綸短纖的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為35%，2．78 dtex滌綸短纖的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為50%；其他以此類推

表2 L9(33)正交試驗(yàn)方案

2 性能測(cè)試與數(shù)據(jù)分析

2．1主要測(cè)試儀器

測(cè)試使用的主要儀器歸納于表3。

表3 性能測(cè)試所用主要儀器

續(xù)表

2．2測(cè)試結(jié)果及數(shù)據(jù)分析

2．2．1 厚度和面密度

9塊滌綸復(fù)合針刺氈的厚度及面密度測(cè)試結(jié)果見(jiàn)圖1和圖2，并就各因素對(duì)厚度及面密度的影響進(jìn)行了極差分析(表4)。

圖1 試樣厚度變化趨勢(shì)

圖2 試樣面密度變化趨勢(shì)

項(xiàng)目因素A因素B因素C厚度1.20.70.5面密度65.353.335.6

由表4可得出因素(過(guò)濾氈結(jié)構(gòu)、纖維配比、針刺密度)對(duì)優(yōu)化指標(biāo)(厚度、面密度)影響的主次順序?yàn)檫^(guò)濾氈結(jié)構(gòu)>纖維配比>針刺密度。針刺非織造材料的厚度和面密度越大，則單位面積內(nèi)纖維的根數(shù)增多，纖維之間的糾纏抱合增強(qiáng)，纖維間的孔隙減少，針刺非織造材料的緊密度提高，所以透氣性降低。基于此，滌綸復(fù)合針刺氈面密度與厚度越小越好，所以從厚度角度考慮，最優(yōu)方案為A1B3C3；從面密度角度考慮，最優(yōu)方案為A1B3C3。

非織造材料的厚度一般與面密度成正比。面密度越小，產(chǎn)品越薄，反之則反之。試驗(yàn)分析發(fā)現(xiàn)，影響滌綸復(fù)合針刺氈的厚度和面密度的主要因素是所用滌綸短纖的線密度結(jié)構(gòu)，即過(guò)濾氈結(jié)構(gòu)。圖2可以看出，試樣1～試樣3的面密度較小，原因在于它們的過(guò)濾氈結(jié)構(gòu)中線密度較小的滌綸短纖占整體的質(zhì)量分?jǐn)?shù)較大。當(dāng)線密度越小的滌綸短纖在非織造材料中所占的質(zhì)量分?jǐn)?shù)越大時(shí)，非織造材料的面密度越小，厚度也越小。

2．2．2 斷裂強(qiáng)力

斷裂強(qiáng)力是評(píng)定非織造材料內(nèi)在質(zhì)量的重要指標(biāo)之一，常用于評(píng)定非織造材料經(jīng)日曬、洗滌、磨損及各種整理后內(nèi)在質(zhì)量的變化。9塊試樣縱橫向的斷裂強(qiáng)力見(jiàn)圖3，相關(guān)極差分析見(jiàn)表5和表6。

圖3 試樣縱橫向斷裂強(qiáng)力

極差因素A因素B因素Ck12043.02076.71824.3k22004.01927.02120.7k32028.02061.32130.0R 39.0 149.7 305.7

表6 縱向斷裂強(qiáng)力極差分析

由圖3可以看出，試樣的橫向斷裂強(qiáng)力始終大于縱向。由表5、表6的極差分析都可得出對(duì)優(yōu)化指標(biāo)(斷裂強(qiáng)力)影響的主次順序?yàn)獒槾堂芏?纖維配比>過(guò)濾氈結(jié)構(gòu)。影響斷裂強(qiáng)力的主要因素是針刺密度，隨著針刺密度的增加，針刺作用對(duì)纖網(wǎng)的作用增強(qiáng)，更多的滌綸短纖進(jìn)入纖網(wǎng)內(nèi)部，纖維間孔隙減小、結(jié)合力增加，纖網(wǎng)緊密度增加、斷裂強(qiáng)力增加。但針刺密度過(guò)大，則針刺會(huì)對(duì)纖網(wǎng)造成破壞，斷裂纖維數(shù)增多，緊密度不再增加，斷裂強(qiáng)力有所下降。

故基于滌綸復(fù)合針刺氈縱橫向斷裂強(qiáng)力越大越好的原則，確定A1B1C3為最優(yōu)方案。

2．2．3 透氣率

透氣性反映的是非織造材料允許空氣從其微孔或間隙中擴(kuò)散出去的特性。9塊試樣的透氣率見(jiàn)圖4，其中試樣7～試樣9的透氣率相對(duì)較高。相關(guān)極差分析見(jiàn)表7，可得出對(duì)優(yōu)化指標(biāo)(透氣率)影響的主次順序?yàn)檫^(guò)濾氈結(jié)構(gòu)>針刺密度>纖維配比。滌綸短纖的線密度結(jié)構(gòu)即過(guò)濾氈結(jié)構(gòu)是影響透氣性的主要因素。過(guò)濾氈中線密度較大的滌綸短纖占整體的質(zhì)量分?jǐn)?shù)越大，則纖維間的孔隙較大，過(guò)濾氈的透氣率較好。故基于滌綸復(fù)合針刺氈透氣率越大越好的原則，確定A1B3C2為最優(yōu)方案。

圖4 試樣透氣率

極差因素A因素B因素Ck11817.22070.82085.2k22093.52048.82175.2k32330.62121.81980.9R 513.4 72.9 194.4

2．2．4 過(guò)濾效率

過(guò)濾效率采用AFC-131型過(guò)濾測(cè)試儀進(jìn)行，被測(cè)塵源采用DEHS氣溶膠，管道風(fēng)量采用風(fēng)速儀計(jì)量，過(guò)濾材料流量采用管道壓力控制并由計(jì)數(shù)器上的控制板面顯示流量。試驗(yàn)采用粒子粒徑為0．20～15．00 μm、分12個(gè)區(qū)間等級(jí)的DEHS氣溶膠，設(shè)定氣溶膠濃度為5 mg/m3，流速為10 m3/h。測(cè)試結(jié)果見(jiàn)圖5，表8以粒子粒徑1．00～1．50 μm的過(guò)濾效率為代表進(jìn)行極差分析。

表8 過(guò)濾效率極差分析

從圖5可以看出，隨著粒子粒徑的增加，所有試樣的過(guò)濾效率有所提高，其中當(dāng)粒子粒徑為2．00～3．00 μm時(shí)，試樣的過(guò)濾效率均達(dá)到100%，即所有試樣對(duì)PM2．5的過(guò)濾效率均達(dá)到100%。試樣3在過(guò)濾小粒徑方面的效率明顯高于其他試樣，而試樣4的過(guò)濾效率最低。試樣3和試樣4在過(guò)濾氈結(jié)構(gòu)、纖維配比及針刺密度等方面都不相同，其中試樣3的針刺密度高于試樣4，故纖維間的糾纏增加、抱合加強(qiáng)，纖網(wǎng)結(jié)構(gòu)緊密，過(guò)濾效率較高。

由表8可得出對(duì)優(yōu)化指標(biāo)(過(guò)濾效率)影響的主次順序?yàn)槔w維配比>針刺密度>過(guò)濾氈結(jié)構(gòu)。其中，纖維配比是影響過(guò)濾效率的主要因素。故基于滌綸復(fù)合針刺氈過(guò)濾效率越高其過(guò)濾性能越好的原則，確定A3B3C3為最優(yōu)方案。此外，纖維的線密度與針刺氈的過(guò)濾效率也有很大關(guān)系。當(dāng)針刺氈中的纖維較細(xì)時(shí)，過(guò)濾效率越大。隨著纖維直徑的增大，纖網(wǎng)相對(duì)較蓬松，纖維間孔隙增加，過(guò)濾效率下降。

圖5 試樣過(guò)濾效率

3 結(jié)論

(1) 影響滌綸復(fù)合針刺氈厚度、面密度的主次順序?yàn)檫^(guò)濾氈結(jié)構(gòu)>纖維配比>針刺密度。過(guò)濾氈結(jié)構(gòu)中，線密度較小的滌綸短纖占整體的質(zhì)量分?jǐn)?shù)越大，滌綸復(fù)合針刺氈的面密度越小，厚度也越小。

(2) 影響滌綸復(fù)合針刺氈力學(xué)性能的主次順序?yàn)獒槾堂芏?纖維配比>過(guò)濾氈結(jié)構(gòu)。當(dāng)針刺密度為900刺/cm2時(shí)，[15%(質(zhì)量分?jǐn)?shù))0．90 dtex滌綸+35%(質(zhì)量分?jǐn)?shù))2．20 dtex滌綸]/50%(質(zhì)量分?jǐn)?shù))2．78 dtex滌綸的復(fù)合針刺過(guò)濾氈的力學(xué)性能最好。

(3) 影響滌綸復(fù)合針刺氈透氣性的主次順序?yàn)檫^(guò)濾氈結(jié)構(gòu)>針刺密度>纖維配比。當(dāng)針刺密度為700刺/cm2時(shí)，[35%(質(zhì)量分?jǐn)?shù))0．90 dtex滌綸+15%(質(zhì)量分?jǐn)?shù))2．20 dtex滌綸]/50%(質(zhì)量分?jǐn)?shù))2．78 dtex 滌綸的復(fù)合針刺氈的透氣性最好。

(4) 所有試樣對(duì)PM2．5的過(guò)濾效率均達(dá)到100%。當(dāng)滌綸復(fù)合針刺氈中纖維線密度越小時(shí)，過(guò)濾效率越大；隨著纖維線密度的增大，纖維網(wǎng)相對(duì)較蓬松，纖維間的孔隙增加，微粒的擴(kuò)散作用和慣性作用下降，過(guò)濾效率下降。

[1] 朱銳鈿，張鵬，趙耀明．國(guó)內(nèi)耐高溫濾材用合成纖維的應(yīng)用研究進(jìn)展[J]．合成纖維工業(yè)．2011，34(5)：52-54．

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[3] 陳隆樞．工業(yè)防塵技術(shù)新發(fā)展對(duì)袋式除塵配套濾料的要求[C]//高新技術(shù)在產(chǎn)業(yè)用紡織品領(lǐng)域推廣應(yīng)用研討會(huì)暨科技成果信息發(fā)布洽談會(huì)報(bào)告文集，2002．

[4] 劉呈坤，馬建偉．非織造布過(guò)濾材料的性能測(cè)試及產(chǎn)品應(yīng)用[J]．非織造布，2005，13(1)：30-34．

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Study on technology and properties of the PET compound needle felt

ZhangXu，LiSuying，ChangJingying，ZhuMengling，XieNingwei

School of Textile and Clothing， Nantong University， Nantong 226019， China

The orthogonal experiments were designed by taking 0．90， 2．20 and 2．78 dtex PET as raw materials and the filter felt’s structure， fiber ratio and needle density as factors． Then the PET compound needle felts were prepared by carding netting and acupuncture reinforcing technology， and the influences of various factors on the PET compound needle felts were studied． The results showed that， when the needle density was at 900 punctures/cm2， the compound needle felt with [15%(wt．) 0．90 dtex PET fibers + 35%(wt．) 2．20 dtex PET fibers]/50%(wt．) 2．78 dtex PET fibers showed the best mechanical property； when the needle density was at 700 punctures/cm2， the compound needle felt with [35%(wt．) 0．90 dtex PET fibers + 15%(wt．) 2．20 dtex PET fibers]/50%(wt．) 2．78 dtex PET fibers showed the best air permeability； all samples showed 100% in the filtration efficiency of PM2．5．

PET compound needle felt， filter felt’s structure， fiber ratio， needle density， PM2．5

*國(guó)家自然科學(xué)基金(2016YFB0303100)

2017-01-16

張旭，男，1991年生，在讀碩士研究生，主要研究方向?yàn)榉强椩觳牧系难芯颗c開(kāi)發(fā)

李素英，E-mail：lisy@ntu．edu．cn

TS174．6， TS176+．3

： A

1004-7093(2017)07-0021-05