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        芳綸水刺濾料的制備及性能研究*

        2018-08-02 05:33:38
        產(chǎn)業(yè)用紡織品 2018年5期
        關(guān)鍵詞:針刺

        1.南京際華三五二一特種裝備有限公司,江蘇 南京 210000;2.南京際華三五二一環(huán)??萍加邢薰?,江蘇 南京 211161

        隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展,環(huán)境污染越來越嚴(yán)重。尤其是工業(yè)生產(chǎn)排放的可入肺顆粒物PM2.5,由于其粒徑小、運(yùn)動(dòng)性強(qiáng)且攜帶重金屬等有害物質(zhì),會(huì)嚴(yán)重危害人體的健康,現(xiàn)已引起社會(huì)的密切關(guān)注。因此,如何更有效地治理大氣污染、減少顆粒物PM2.5的排放,對(duì)保護(hù)環(huán)境、保障人們的身體健康,具有重要的意義[1-2]。當(dāng)前,國際公認(rèn)的、高效的除塵和控制粉塵排放的技術(shù)主要是袋式除塵技術(shù),而濾料則是這一技術(shù)的關(guān)鍵和核心,濾料性能的優(yōu)劣決定了袋式除塵器的使用效果。

        目前,在袋式除塵領(lǐng)域,國內(nèi)外普遍采用的是針刺耐高溫濾料。但近年來隨著環(huán)保要求的逐漸提高,針刺濾料由于纖網(wǎng)加固以刺針工藝為主,刺針本身的直徑及其加工原理會(huì)導(dǎo)致濾料產(chǎn)品存在孔徑較大、過濾精度偏低等缺點(diǎn),不能滿足現(xiàn)今的排放標(biāo)準(zhǔn)[3-5]。而水刺加工技術(shù)則是利用高壓水射流對(duì)纖網(wǎng)進(jìn)行加固的,其可避免針刺加工中帶鉤的刺針對(duì)基布及纖維造成損傷等問題,所得水刺產(chǎn)品強(qiáng)力更高、孔徑更小、過濾效率更佳,且阻力低,除塵設(shè)備運(yùn)行能耗低,節(jié)能減排效果顯著,故可以更好地滿足粉塵的超凈排放要求。因此,隨著對(duì)濾料性能要求的不斷提高,水刺工藝必將在工業(yè)除塵濾料行業(yè)得到更加廣泛的應(yīng)用[6-7]。

        本文以間位芳綸(以下簡稱“芳綸”)為原料,通過先預(yù)針刺再水刺的加固工藝,制備了一種高強(qiáng)度、低損傷、高過濾精度的芳綸水刺濾料,考察預(yù)針刺工藝、水刺工藝對(duì)芳綸水刺濾料性能的影響,以期為今后的研究提供理論基礎(chǔ)和指導(dǎo)[8]。

        1 試驗(yàn)材料、設(shè)備與方法

        1.1 試驗(yàn)材料

        芳綸基布:纖維線密度為2 dtex、長度為51 mm,基布面密度為130 g/m2。

        1.2 試驗(yàn)設(shè)備

        WM2+2型雙梳雙鋪生產(chǎn)線(包括梳理機(jī)、鋪網(wǎng)機(jī)、牽伸機(jī)和預(yù)針刺機(jī),歐瑞康集團(tuán)),AquaJet水刺生產(chǎn)線(特呂茨勒紡織機(jī)械公司),布魯克納熱定型設(shè)備(布魯克納紡織機(jī)械技術(shù)有限公司);AFC-131型濾料測(cè)試臺(tái)(Topas公司),YG026H型多功能電子織物強(qiáng)力機(jī)(溫州際高檢測(cè)儀器有限公司),YG(B)461E型全自動(dòng)織物透氣性能測(cè)試儀(溫州大榮紡織儀器有限公司)。

        1.3 試驗(yàn)方法

        參照GB/T 3923.1—2003《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(cè)定(條樣法)》標(biāo)準(zhǔn)測(cè)定濾料的斷裂強(qiáng)力;參照GB/T 5453—1997《紡織品 織物透氣性的測(cè)定》標(biāo)準(zhǔn)測(cè)定濾料的透氣量;參照GB/T 6719—2009《袋式除塵器技術(shù)要求》標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試濾料的過濾效率。

        2 預(yù)針刺深度對(duì)芳綸水刺濾料性能的影響

        通常,預(yù)針刺機(jī)的植針密度在3 000~5 000枚/m。預(yù)針刺密度偏小則預(yù)針刺氈過于蓬松,牽伸過程中會(huì)因強(qiáng)力不足而導(dǎo)致意外伸長,影響后道水刺工藝。因此,本文基于多次的試驗(yàn)結(jié)果,確定選擇最佳的預(yù)針刺密度為80~100 刺/cm2,這樣一道預(yù)針刺工藝就能滿足水刺前預(yù)針刺氈強(qiáng)力的指標(biāo)要求。由于預(yù)針刺密度變化范圍較小,因此,本節(jié)將不做過多的研究,主要探討預(yù)針刺深度對(duì)芳綸水刺濾料性能的影響。

        表1反映了不同的預(yù)針刺深度對(duì)最終芳綸水刺濾料性能的影響,其中預(yù)針刺后的水刺工藝參數(shù):5個(gè)水刺頭的壓力分別為30、38、26、38、26 MPa,水刺速度為6 m/min。

        表1 預(yù)針刺深度對(duì)芳綸水刺濾料性能的影響

        表1中,在相同面密度的情況下:當(dāng)預(yù)針刺深度從4 mm增加到8 mm時(shí),芳綸水刺濾料的經(jīng)向斷裂強(qiáng)力從983 N增加到1 338 N、緯向斷裂強(qiáng)力從1 506 N增加到1 670 N;當(dāng)預(yù)針刺深度從8 mm增加到12 mm時(shí),芳綸水刺濾料的經(jīng)向斷裂強(qiáng)力從1 338 N降低到970 N、緯向斷裂強(qiáng)力從1 670 N降低到1 612 N??梢姡弘S著預(yù)針刺深度的增加,芳綸水刺濾料的經(jīng)緯向斷裂強(qiáng)力呈現(xiàn)先增后降的趨勢(shì)。這主要是由于預(yù)針刺深度的增加使得芳綸纖維之間的抱合增強(qiáng),芳綸水刺濾料的緊密度提高,因此經(jīng)緯向斷裂強(qiáng)力增大,但是,預(yù)針刺深度過大時(shí),部分移動(dòng)困難的芳綸會(huì)在鉤刺的作用下發(fā)生斷裂,導(dǎo)致芳綸水刺濾料的經(jīng)緯向斷裂強(qiáng)力下降[9-11]。

        此外,從表1中還可以看出,預(yù)針刺深度對(duì)芳綸水刺濾料的透氣量、過濾效率的影響較小,這主要與水刺工藝對(duì)芳綸水刺濾料的影響遠(yuǎn)超過預(yù)針刺工藝對(duì)芳綸水刺濾料的影響有關(guān)。

        3 水刺工藝對(duì)芳綸水刺濾料性能的影響

        為研究水刺工藝對(duì)芳綸水刺濾料性能的影響,下文選擇對(duì)經(jīng)過預(yù)針刺處理(預(yù)針刺深度為8 mm,預(yù)針刺密度為80 刺/cm2)的材料進(jìn)行水刺加工。

        3.1 水刺壓力

        圖1為水刺機(jī)的工作原理示意。整個(gè)水刺機(jī)生產(chǎn)線上分布了①~⑤共5個(gè)水刺頭。其中,水刺頭②和④,③和⑤分別互為聯(lián)動(dòng)系統(tǒng)。水刺速度為6 m/min,并確定水刺頭①的壓力可選28和30 MPa,水刺頭

        ②和④的壓力可選30、34、38 MPa,水刺頭③和⑤的壓力可選24和26 MPa,具體配置見表2,所得10塊芳綸水刺濾料的性能見表3。

        圖1 水刺機(jī)工作原理示意

        芳綸水刺濾料編號(hào)水刺頭壓力/MPa①②③④⑤1#28302430242#28342434243#28302630264#28342634265#28382638266#30302430247#30342434248#30302630269#303426342610#3038263826

        表3 10塊芳綸水刺濾料的性能

        表3中,在經(jīng)緯向斷裂強(qiáng)力方面:

        (1) 觀察2#和7#芳綸水刺濾料的水刺工藝配置發(fā)現(xiàn),水刺頭②、③、④、⑤的壓力配置相同,水刺頭①壓力有變化。所得2#芳綸水刺濾料的經(jīng)向斷裂強(qiáng)力為1 100 N、緯向斷裂強(qiáng)力為1 502 N,7#芳綸水刺濾料的經(jīng)向斷裂強(qiáng)力為1 150 N、緯向斷裂強(qiáng)力為1 519 N,可見水刺頭①壓力越大,則所得芳綸水刺濾料的經(jīng)緯向斷裂強(qiáng)力越大。1#和6#,3#和8#,4#和9#,5#和10#芳綸水刺濾料也呈現(xiàn)同樣的規(guī)律。

        (2) 觀察3#、4#和5#芳綸水刺濾料的水刺工藝配置發(fā)現(xiàn),水刺頭①、③、⑤的壓力配置相同,水刺頭②、④的壓力有變化。所得3#芳綸水刺濾料的經(jīng)向斷裂強(qiáng)力為972 N、緯向斷裂強(qiáng)力為1 460 N,4#芳綸水刺濾料的經(jīng)向斷裂強(qiáng)力為1 150 N、緯向斷裂強(qiáng)力為1 527 N,5#芳綸水刺濾料的經(jīng)向斷裂強(qiáng)力為1 212 N、緯向斷裂強(qiáng)力為1 639 N,可見水刺頭②、④的壓力越大,所得芳綸水刺濾料的經(jīng)緯向斷裂強(qiáng)力越大。8#、9#、10#芳綸水刺濾料也呈現(xiàn)同樣的規(guī)律。

        (3) 觀察1#和3#芳綸水刺濾料的水刺工藝配置發(fā)現(xiàn),水刺頭①、②、④的壓力配置相同,水刺頭③、⑤的壓力有變化。所得1#芳綸水刺濾料的經(jīng)向斷裂強(qiáng)力為950 N、緯向斷裂強(qiáng)力為1 400 N,3#芳綸水刺濾料的經(jīng)向斷裂強(qiáng)力為972 N、緯向斷裂強(qiáng)力為1 460 N,可見水刺頭③、⑤壓力越大,則所得芳綸水刺濾料的經(jīng)緯向斷裂強(qiáng)力越大。2#和4#,6#和8#,7#和9#芳綸水刺濾料也呈現(xiàn)同樣的規(guī)律。

        此外,在透氣量及過濾效率方面,增加水針壓力,則水刺能量提高,芳綸纖維之間的纏結(jié)度增強(qiáng),芳綸水刺濾料的透氣量降低、過濾效率提高[12]。且壓力最高的水針對(duì)芳綸水刺濾料斷裂強(qiáng)力的影響最大,因?yàn)樵诟邏阂褜⒎季]水刺濾料加固緊密后,較低壓力的水針在穿透材料后剩余能量不足,無法形成纏結(jié)效果,但卻可以很好地將芳綸水刺濾料表面修復(fù)平整[13-15]。

        因此,最佳水刺壓力組合產(chǎn)品為10#芳綸水刺濾料,即水刺頭①、②、③、④、⑤的壓力分別為30、38、26、38、26 MPa。

        3.2 水刺速度

        為研究不同水刺速度對(duì)芳綸水刺濾料性能的影響,各水刺頭壓力配置同3#芳綸水刺濾料,所得各項(xiàng)性能見表4。

        表4 水刺速度對(duì)濾料性能的影響

        從表4可以看出:采用3 m/min的水刺速度,芳綸水刺濾料的經(jīng)向斷裂強(qiáng)力為1 243 N、緯向斷裂強(qiáng)力為1 734 N;當(dāng)水刺速度提高到9 m/min時(shí),芳綸水刺濾料經(jīng)向斷裂強(qiáng)力下降為1 123 N、緯向斷裂強(qiáng)力下降為1 568 N。這表明降低水刺速度可提高芳綸水刺濾料的經(jīng)緯向斷裂強(qiáng)力。這是由于水刺速度較低時(shí),纖網(wǎng)受到的水針總噴射能量增加,芳綸纖維之間纏結(jié)更緊密,從而使得芳綸水刺濾料的斷裂強(qiáng)力上升。同時(shí),降低水刺速度,芳綸纖維之間的纏結(jié)度增強(qiáng),芳綸水刺濾料的透氣量降低、過濾效率提高。

        但考慮到實(shí)際生產(chǎn)的綜合成本,生產(chǎn)效率的降低會(huì)導(dǎo)致能耗增加,生產(chǎn)成本增加,產(chǎn)量減少[16]。因此,確定選取最佳水刺速度為5 m/min,這既能滿足芳綸水刺濾料產(chǎn)品的性能要求,又不會(huì)影響生產(chǎn)效率。

        4 結(jié)論

        (1) 隨著預(yù)針刺深度的增加,芳綸水刺濾料的經(jīng)緯向斷裂強(qiáng)力均呈現(xiàn)先增后降的趨勢(shì),但透氣量及過濾效率的變化較小。

        (2) 水刺壓力越高,芳綸水刺濾料的經(jīng)緯向斷裂強(qiáng)力和過濾效率越高,但透氣量有所降低。

        (3) 降低水刺速度可以增加芳綸水刺濾料的經(jīng)緯向斷裂強(qiáng)力,但考慮到實(shí)際生產(chǎn)的綜合成本,確定選取最佳水刺速度為5 m/min,這既能滿足芳綸水刺濾料產(chǎn)品的性能要求,又不會(huì)影響生產(chǎn)效率。

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