張 旭，王露瑩，李素英，朱夢(mèng)玲，馬丹丹

(南通大學(xué) 紡織服裝學(xué)院，江蘇 南通 226019)

滌綸濕法成網(wǎng)過濾材料的開發(fā)與性能研究

張 旭，王露瑩，李素英*，朱夢(mèng)玲，馬丹丹

(南通大學(xué) 紡織服裝學(xué)院，江蘇 南通226019)

以滌綸、聚乙烯/聚丙烯并列復(fù)合纖維(ES纖維)及滌綸漿粕為原料，采用濕法成網(wǎng)、熱軋加固工藝制備液體過濾材料，以滌綸含量、熱軋溫度、熱軋時(shí)間為因素設(shè)計(jì)正交實(shí)驗(yàn)方案，設(shè)定材料面密度為100 g/m2左右，研究了各因素對(duì)過濾材料性能的影響。結(jié)果表明：熱軋溫度和滌綸含量分別對(duì)過濾材料的厚度和面密度的均勻性影響最大；熱軋溫度對(duì)過濾材料的強(qiáng)力影響最大，熱軋時(shí)間影響最小，當(dāng)滌綸質(zhì)量分?jǐn)?shù)為80%，熱軋溫度為165 ℃，熱軋時(shí)間為4 min時(shí)，所制得的過濾材料的強(qiáng)力最大為258.0 N，所有過濾材料試樣的強(qiáng)力均能滿足對(duì)液體過濾材料的強(qiáng)力要求；當(dāng)滌綸質(zhì)量分?jǐn)?shù)為60%，熱軋溫度為150 ℃，熱軋時(shí)間為4 min，過濾材料的過濾效率最高為91.9%，過濾精度為4 μm，有效孔徑O95最小為3 μm。9種試樣都能達(dá)到對(duì)粒徑大于等于5 μm的過濾精度，有效孔徑O95均小于等于5 μm。

聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯纖維 聚乙烯/聚丙烯并列復(fù)合纖維 濕法 熱軋 液體過濾 非織造布正交實(shí)驗(yàn) 性能

由于全球水資源短缺及水污染加劇[1]，人們經(jīng)常需要對(duì)水進(jìn)行固液分離處理。固液分離是一種從液相中除去固體的重要單元操作，過濾與分離是現(xiàn)有的傳統(tǒng)固液分離技術(shù)中關(guān)鍵的一步[2-3]，其技術(shù)水平的高低直接影響到實(shí)現(xiàn)工業(yè)化規(guī)模生產(chǎn)的可能性和經(jīng)濟(jì)性。

非織造材料加工方法比傳統(tǒng)的針織物和機(jī)織物簡便，過濾效率高，目前已經(jīng)大量取代傳統(tǒng)的紡織濾材和紙質(zhì)濾材，并在輕工、紡織、制藥、電子、食品等領(lǐng)域有了廣泛的應(yīng)用[4-6]。濕法非織造材料生產(chǎn)成本低、均勻性良好，可用于液體過濾。滌綸具有強(qiáng)度高、耐沖擊性好、耐熱、耐腐、耐蛀、耐光性好等優(yōu)點(diǎn)，可用于加工液體過濾材料[7]。作者以滌綸和聚乙烯/聚丙烯并列復(fù)合纖維(ES纖維)及滌綸漿粕為原料，采用濕法成網(wǎng)、熱軋加固工藝制備濕法液體過濾材料，運(yùn)用正交實(shí)驗(yàn)方法研究了滌綸含量、熱軋溫度、熱軋時(shí)間對(duì)材料性能的影響，為液體過濾材料的開發(fā)開辟新的途徑。

1 實(shí)驗(yàn)

1.1原料

滌綸：規(guī)格1.8 dtex×12 mm，泰安瑞億盛維合成材料有限公司產(chǎn)；ES纖維：規(guī)格1.8 dtex×6 mm，太原源翔國際貿(mào)易有限公司產(chǎn)；滌綸漿粕：規(guī)格為2 mm，常州九兆洋化纖有限公司產(chǎn)。

1.2主要設(shè)備及儀器

BB331-A間歇式研磨杯：佛山市順德區(qū)任發(fā)電器實(shí)業(yè)有限公司制；濕法成網(wǎng)設(shè)備：南通大學(xué)制；TDY71-45A塑料制品液壓機(jī)：天津市天鍛液壓有限公司制；YG(B)141D數(shù)字式織物厚度儀、YG(B)461E數(shù)字式透氣性能測(cè)定儀、YT020土工布透水性測(cè)定儀：溫州大榮紡織儀器有限公司制；YG065電子織物強(qiáng)力機(jī)：萊州市電子儀器有限公司制。

1.3實(shí)驗(yàn)方法

將滌綸和ES纖維切成所需長度規(guī)格，根據(jù)實(shí)驗(yàn)方案的纖維原料配比要求稱取定量的滌綸、ES纖維以及滌綸漿粕，將滌綸漿粕浸泡于水中并用間歇式研磨機(jī)進(jìn)行研磨打漿1 min，再加入ES纖維和滌綸攪拌至均勻混合。將混合漿注入濕法成網(wǎng)裝備，使用擠壓板上下震蕩后，纖維在水壓作用下在成形網(wǎng)上成網(wǎng)，脫水后從成形網(wǎng)上取下。將試樣置于135 ℃的烘箱中干燥1 h，排除殘余水分并實(shí)現(xiàn)初步熱粘合。使用TDY71- 45A液壓機(jī)進(jìn)行熱軋，壓力為8 MPa，最后再按照設(shè)定的溫度與時(shí)間對(duì)材料進(jìn)行熱軋，纖網(wǎng)結(jié)構(gòu)變得緊密，并具有一定的硬挺度，可用作液體過濾材料[8]。將材料面密度設(shè)計(jì)在100 g/m2左右，以滌綸含量(A)、熱軋溫度(B)、熱軋時(shí)間(C)為因素進(jìn)行正交實(shí)驗(yàn)。其正交實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)方案見表1、表2。

表1 正交實(shí)驗(yàn)因素水平表Tab.1 Orthoganol experimental factor level

表2 正交實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)方案表Tab.2 Orthoganal experimental factor design

1.4分析測(cè)試

厚度：采用FZ/T 60004—1991標(biāo)準(zhǔn)，將織物放置在數(shù)字式織物厚度儀水平板上，在規(guī)定時(shí)間內(nèi)，兩水平基準(zhǔn)板間的距離為所測(cè)材料的厚度。

面密度：根據(jù)GB/T 24218.1—2012標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行測(cè)試，裁取規(guī)定尺寸試樣，稱其質(zhì)量，折合成每平方米的質(zhì)量，即面密度。

斷裂強(qiáng)力：根據(jù)GB/T 3923.1—2013標(biāo)準(zhǔn)在織物強(qiáng)力機(jī)上按規(guī)定設(shè)置隔距和拉伸速度，用上下夾持器將裁剪好的試樣平行固定，待試樣被拉伸至斷裂，記錄數(shù)據(jù)。

透氣性：根據(jù)GB/T 5453—1997標(biāo)準(zhǔn)，在規(guī)定的壓差下測(cè)定透氣率。

透水性：根據(jù)GB/T 15789—2016標(biāo)準(zhǔn)，剪取試樣11 cm×11 cm，每個(gè)試樣剪切取3個(gè)，設(shè)定時(shí)間為20 s，按照試樣透水性測(cè)定標(biāo)準(zhǔn)，在一定壓差作用下，一定時(shí)間內(nèi)垂直透過單層織物的水流量。

過濾效率：采用粉煤灰作為過濾介質(zhì)，以常溫下的清潔水為過濾溶劑，取0.6 g粉煤灰，置于800 mL水中，攪拌均勻，再倒入自制的設(shè)備中，進(jìn)行過濾，過濾面積為直徑10 cm的圓，記錄過濾前后試樣質(zhì)量，并利用顯微鏡測(cè)量濾后液體中煤灰粒子的粒徑及其粒徑分布。

孔隙率：通過測(cè)定各試樣的平均厚度，計(jì)算出各試樣的體積，稱量各試樣的質(zhì)量，再根據(jù)孔隙率計(jì)算公式得到各試樣的孔隙率值。

2 結(jié)果與討論

2.1厚度和面密度

對(duì)于濕法非織造材料，良好的均勻性對(duì)產(chǎn)品使用效果的影響十分重要。非織造材料的均勻性與面密度、厚度、透氣性有關(guān)[9]，均勻性以各項(xiàng)指標(biāo)的變異系數(shù)(CV)來衡量。由表3、表4可以看出，4#試樣的厚度變異系數(shù)(CVh)和面密度的變異系數(shù)(CVm)較低，說明該試樣的均勻性最好；6#試樣厚度和面密度的CV都較大。這是由于熱軋時(shí)間較短，導(dǎo)致纖維粘結(jié)不均勻，6#試樣的均勻性較差；CVh的極差(R)最大值為0.103(B因素)，R最小為0.021，CVm的R最大值為0.047(A因素)，R最小為0.012。因此熱軋溫度、滌綸含量分別是影響CVh和CVm最大的因素。

表3 厚度和面密度的CV實(shí)驗(yàn)結(jié)果Tab.3 CV experimental results of thickness and surface density

表4 試樣的CVh和CVm的R分析Tab.4 R analysis of CVh and CVm of samples

由于實(shí)驗(yàn)采用自制濕法成網(wǎng)微型設(shè)備，相對(duì)實(shí)際生產(chǎn)線設(shè)備更便于實(shí)驗(yàn)研究及節(jié)約成本，但過程中成形網(wǎng)成網(wǎng)時(shí)可能存在氣泡等，這些不確定因素影響了試樣的厚度和面密度。試樣經(jīng)過熱軋之后纖網(wǎng)變得較為平整，在熱軋后厚度差異較大則表明試樣的均勻性差，故厚度比面密度對(duì)纖網(wǎng)的均勻性影響大。因此滌綸質(zhì)量分?jǐn)?shù)為70%，熱軋溫度135 ℃，熱軋時(shí)間4 min時(shí)，試樣均勻性最好。

2.2斷裂強(qiáng)力

由表5可看出，因素B的R最大，因素C的R最小，說明熱軋溫度對(duì)試樣強(qiáng)力的影響最大，熱軋時(shí)間對(duì)試樣強(qiáng)力的影響最小。這是由于熱軋溫度越高，纖網(wǎng)中的熱熔纖維熔融越充分，纖網(wǎng)中粘結(jié)點(diǎn)越多，試樣強(qiáng)力越大。由表5還可看出，當(dāng)滌綸質(zhì)量分?jǐn)?shù)為80%，熱軋溫度為165 ℃，熱軋時(shí)間為4 min時(shí)，試樣強(qiáng)力最大，為258.0 N。

表5 試樣的斷裂強(qiáng)力實(shí)驗(yàn)結(jié)果Tab.5 Experimental results of breaking strength of samples

由表5還可以看出，試樣的斷裂強(qiáng)力都大于96 N，滿足液體過濾材料基本強(qiáng)力要求。

2.3透氣性

由表6可看出，因素B的R最大，因素C的R最小，說明熱軋溫度對(duì)纖網(wǎng)透氣性影響最大，熱軋時(shí)間對(duì)纖網(wǎng)透氣性影響最小。

表6 試樣的透氣性實(shí)驗(yàn)結(jié)果Tab.6 Experimental result of permeability of samples

這是因?yàn)殡S著熱軋溫度增加，纖網(wǎng)中的熱熔纖維的熔融越充分，纖維之間粘結(jié)點(diǎn)變多，試樣透氣性降低。由表6可以看出，當(dāng)滌綸質(zhì)量分?jǐn)?shù)為70%，熱軋溫度位135 ℃，熱軋時(shí)間為4 min時(shí)，試樣透氣性最好，試樣透氣率達(dá)到530.20 mm/s；另外，9個(gè)試樣的透氣率平均達(dá)到409.21 mm/s，說明試樣整體透氣性良好。

2.4透水性

由表7可以看出，當(dāng)水壓增加，試樣透水量逐漸變大。6#試樣在壓差小于等于900 Pa時(shí)，相對(duì)于其他試樣，在相同條件下透水量最大，即透水性最好；當(dāng)壓差大于等于1 100 Pa時(shí)，5#試樣透水性最好，7#試樣透水性差，這是因?yàn)?#試樣成網(wǎng)時(shí)可能含有氣泡,導(dǎo)致成網(wǎng)不均勻而影響其透水性。

表7 試樣的透水性能Tab.7 Permeability performance of samples

2.5過濾性

采用粉煤灰作為過濾介質(zhì)，煤灰粒子的粒徑主要分布在2～5 μm，其平均粒徑為3.56 μm。試樣過濾后粉煤灰的粒徑分布見表8。

表8 不同試樣過濾后粉煤灰的粒徑分布Tab.8 Particle size distribution of fly ash after sample filtration

由表8可以看出，2#，4#，5#，6#試樣對(duì)粒徑大于等于5 μm粉煤灰的過濾效率為100%，其中2#試樣對(duì)粒徑大于等于4 μm的過濾效率為98%，粒徑大于等于3 μm的過濾效率為91%，過濾效率最好。這是因?yàn)闊彳垳囟仍礁?，熱軋時(shí)間越長，纖維間粘結(jié)點(diǎn)越多，纖網(wǎng)越緊實(shí)，孔隙率下降，試樣過濾效率下降，所以當(dāng)滌綸質(zhì)量分?jǐn)?shù)為60%，熱軋溫度為150 ℃，熱軋時(shí)間為4 min時(shí)，試樣的過濾性能最好。

由表9可以看出，當(dāng)滌綸質(zhì)量分?jǐn)?shù)為60%，熱軋溫度為150 ℃，熱軋時(shí)間為4 min，試樣的過濾效率最高為91.9%，過濾精度為4 μm，有效孔徑(O95)最小為3 μm，綜合性能最好。9種試樣都能達(dá)到對(duì)粒徑大于等于5 μm的過濾精度，有效孔徑(O95)均小于等于5 μm。

表9 試樣的過濾綜合性能Tab.9 Comprehensive filtration performance of samples

3 結(jié)論

a. 熱軋溫度和滌綸含量分別對(duì)試樣的厚度和面密度的均勻性影響最大。

b. 滌綸質(zhì)量分?jǐn)?shù)為80%，熱軋溫度165 ℃，熱軋時(shí)間4 min時(shí)，試樣強(qiáng)力最高為258.0 N，所有試樣強(qiáng)力較好，滿足液體過濾材料基本強(qiáng)力要求；當(dāng)滌綸質(zhì)量分?jǐn)?shù)為60%，熱軋溫度為150 ℃，熱軋時(shí)間為4 min，其過濾精度為4 μm，有效孔徑(O95)最小為3 μm，過濾效率最好達(dá)91.9%。

c. 實(shí)驗(yàn)所制備的濕法液體過濾試樣都能滿足液體過濾材料相關(guān)性能要求，適合作為常溫、中性液體過濾材料。

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Developmentandperformanceofwet-laidpolyesterliquidfiltrationmaterial

Zhang Xu, Wang Luying, Li Suying, Zhu Mengling, Ma Dandan

(SchoolofTextileandClothing,NantongUniversity,Nantong226019)

A liquid filtration material was prepared by using polyester fiber, polyethylene/polypropylene bicomponent fiber (ES fiber) and PET fiber pulp as raw material by wet-laid and hot rolling processes. The orthogonal experiment was designed using polyester fiber content, hot rolling temperature and time as the factors. The effects of the factors on the properties of the filtration material were studied at the surface density of 100 g/m2or so. The results showed that the hot rolling temperature and polyester fiber content gave the greatest effect on the thickness and surface density evenness of the filtration material; the hot rolling temperature gave the greatest effect on the strength of the filtration material and the hot rolling time gave the least effect; the strength of the filtration material was maximized as 258.0 N as the polyester fiber content was 80% by mass fraction, the hot rolling temperature 165 ℃ and time 4 min; the strength of all the samples satisfied the requirement of liquid filtration material; and the filtration efficiency of the filtration material was maximized as 91.9%, the filtration precision was 4 μm, and the effective aperture O95 was minimized as 3 μm as the mass fraction of polyester fiber was 60%, the hot rolling temperature 150 ℃ and time 4 min; and all the nine samples had the filtration precision for particle size not less than 5 μm and effective aperture O95 not higher than 5 μm.

polyethyelene terephthalate fiber; polyethylene/polypropylene bicomponent fiber; wet-laid; hot rolling; liquid filtration; non-woven fabric; orthogonal experiment; properties

2017- 06-15；修改稿收到日期2017- 08-29。

張旭(1991—)，男，碩士研究生，主要研究方向?yàn)榉强椩觳牧系难芯颗c開發(fā)。E-mail：405322700@qq.com。

南通大學(xué)紡織服裝學(xué)院研究生自主創(chuàng)新項(xiàng)目(FZ201603)，國家級(jí)創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計(jì)劃項(xiàng)目經(jīng)費(fèi)(201610304028Z)。

* 通訊聯(lián)系人。E-mail：lisy@ntu.edu.cn。

TQ342+.21

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1001- 0041(2017)05- 0012- 04