任 旭 孫志鉅 李大偉 劉慶生 鄧炳耀

1. 江南大學(xué)生態(tài)紡織教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，江蘇 無(wú)錫 214122；

2. 江南大學(xué)非織造技術(shù)中心，江蘇 無(wú)錫 214122；

3. 浙江宇邦科技濾材有限公司，浙江 海寧 314400

隨著工業(yè)化的持續(xù)推進(jìn)，空氣污染問(wèn)題日益嚴(yán)重。對(duì)排放氣體進(jìn)行過(guò)濾是減少顆粒物排放的一種十分有效的方法?，F(xiàn)有的煙塵過(guò)濾方法主要包括靜電除塵過(guò)濾、膜過(guò)濾和纖維過(guò)濾等[1-2]，其中纖維過(guò)濾技術(shù)應(yīng)用最為普遍。非織造過(guò)濾材料具有立體的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)和密集的彎曲通道，可有效捕獲并存儲(chǔ)空氣中的顆粒物[3]，具有成本低、效率高和清灰簡(jiǎn)易等優(yōu)勢(shì)，因此被廣泛用于空氣過(guò)濾領(lǐng)域[4]。

目前，對(duì)梳理成網(wǎng)進(jìn)行針刺加固是非織造過(guò)濾材料生產(chǎn)最常用的方式[5]。纖維成網(wǎng)是非織造材料生產(chǎn)的重要工序。在干法成網(wǎng)工藝中，梳理機(jī)的成網(wǎng)質(zhì)量對(duì)產(chǎn)品的好壞起著關(guān)鍵作用[6]。主錫林與工作輥是梳理機(jī)的關(guān)鍵部件，它們對(duì)成網(wǎng)質(zhì)量的影響很大[7]。

本試驗(yàn)將以聚酯纖維(超細(xì)聚酯纖維和普通聚酯纖維)及滌綸長(zhǎng)絲基布為原料，利用浙江宇邦濾材科技有限公司的聚酯纖維針刺非織造過(guò)濾材料生產(chǎn)線，通過(guò)改變梳理機(jī)的主錫林速度和工作輥速度，研究工藝參數(shù)對(duì)針刺過(guò)濾材料力學(xué)性能、孔徑和過(guò)濾性能等的影響，以期為高效率、低成本生產(chǎn)提供參考。

1 試驗(yàn)部分

1.1 主要材料與設(shè)備

1.1.1 主要材料

超細(xì)聚酯纖維1.56 dtex×51 mm、普通聚酯纖維2.22 dtex×51 mm，江蘇三房巷集團(tuán)有限公司；滌綸長(zhǎng)絲基布，經(jīng)密9根/(2.54 cm)，緯密9根/(2.54 cm)，面密度80 g/m2，常州仟億光辰紡織有限公司。

1.1.2 主要設(shè)備及儀器

浙江宇邦濾材科技有限公司聚酯纖維針刺非織造過(guò)濾材料生產(chǎn)線，其中梳理機(jī)為ANDRITZ公司的CA21c-A355PPLL型高速梳理機(jī)(簡(jiǎn)稱CA21c型梳理機(jī))，系雙錫林、雙道夫、雙層鋪網(wǎng)設(shè)計(jì)。

YG028型織物強(qiáng)力機(jī)，寧波紡織儀器廠；CFP-1100A型毛細(xì)管流動(dòng)孔隙測(cè)量?jī)x，美國(guó)施多威爾有限公司；YG461E型全自動(dòng)透氣量?jī)x，寧波紡織儀器廠；LZC-H型濾料綜合性能測(cè)試臺(tái)，蘇州華達(dá)儀器設(shè)備有限公司。

1.2 過(guò)濾材料的制備

超細(xì)聚酯纖維和普通聚酯纖維各自加入生產(chǎn)線中，經(jīng)開松梳理和交叉鋪網(wǎng)后，分別獲得超細(xì)聚酯纖維網(wǎng)胎和普通聚酯纖維網(wǎng)胎。將超細(xì)聚酯纖維網(wǎng)胎作為迎面層，普通聚酯纖維網(wǎng)胎作為進(jìn)氣層，并在兩層纖維網(wǎng)胎中間鋪一層滌綸長(zhǎng)絲基布，然后經(jīng)過(guò)預(yù)刺、主刺，制得面密度為550 g/m2的復(fù)合濾料半成品(以下簡(jiǎn)稱“濾料”)。

本文為研究梳理機(jī)的主錫林速度和工作輥速度對(duì)濾料力學(xué)性能、孔徑和過(guò)濾性能的影響，保持工作輥速度在50 m/min，改變主錫林的速度(800、900、1 000和1 100 m/min)，制備了4種濾料樣品，分別標(biāo)記為P-1、P-2、P-3和P-4；保持主錫林速度在1 000 m/min，改變工作輥的速度(30、40、50和60 m/min)，制備了另4種濾料樣品，分別標(biāo)記為P-a、P-b、P-c和P-d。其中，P-3和P-c實(shí)為相同工藝參數(shù)制備的濾料樣品。

1.3 測(cè)試方法

1.3.1 力學(xué)性能

根據(jù)GB/T 3923.1—2013《紡織品 織物拉伸性能 第1部分：斷裂強(qiáng)力和斷裂伸長(zhǎng)率的測(cè)定(條樣法)》，使用織物強(qiáng)力機(jī)對(duì)濾料進(jìn)行拉伸強(qiáng)力測(cè)試。將濾料裁剪成長(zhǎng)20.00 cm、寬5.00 cm的條樣，每種濾料測(cè)試5次，結(jié)果取平均值。

1.3.2 孔徑

利用毛細(xì)管流動(dòng)孔隙測(cè)量?jī)x，測(cè)量濾料的孔徑，獲得孔徑分布狀況。

1.3.3 過(guò)濾性能

根據(jù)GB/T 5453—1997《紡織品 織物透氣性的測(cè)定》，使用全自動(dòng)透氣量?jī)x對(duì)濾料進(jìn)行透氣性測(cè)定。壓差為200 Pa，測(cè)試面積為20 cm2。每種濾料測(cè)試5個(gè)點(diǎn)，結(jié)果取平均值。

使用濾料綜合性能測(cè)試臺(tái)進(jìn)行過(guò)濾性能測(cè)試。測(cè)試面積為100 cm2，流量為84 L/min。過(guò)濾效率用上下游粒子數(shù)量差值與上游粒子數(shù)量的百分比表示。

2 結(jié)果與討論

2.1 主錫林速度對(duì)濾料性能的影響

2.1.1 力學(xué)性能

表1是保持工作輥速度為50 m/min，不同主錫林速度制備的濾料的力學(xué)性能測(cè)試結(jié)果。

從表1可知：隨著主錫林速度的增大，濾料縱向斷裂伸長(zhǎng)率先減小后增大、縱橫強(qiáng)力比先增大后減小。其中，當(dāng)主錫林速度為900 m/min時(shí)，制備的P-2濾料的縱向斷裂伸長(zhǎng)率較小、縱橫強(qiáng)力比更接近于1.00。這主要是因?yàn)檫m當(dāng)?shù)闹麇a林速度有利于獲得較好的纖維梳理效果，纖維團(tuán)被梳理成單纖維的概率增加，纖維排列一致性更高，輸出纖維網(wǎng)的均勻性提高。排列一致性更高的纖維在拉伸時(shí)可更有效地抵抗外力作用，濾料縱向斷裂強(qiáng)力提高，縱橫強(qiáng)力差異減小。

表1 不同主錫林速度制備的濾料的力學(xué)性能

2.1.2 孔徑

非織造材料的過(guò)濾性能與材料本身的多孔結(jié)構(gòu)密切相關(guān)。非織造過(guò)濾材料孔徑增大，則其過(guò)濾效率降低[8-9]。圖1是保持工作輥速度為50 m/min，不同主錫林速度下制備的濾料的孔徑分布狀況。

圖1 不同主錫林速度下制備的濾料的孔徑分布狀況

由圖1可知，當(dāng)主錫林速度為900 m/min時(shí)，制備的P-2濾料樣品的平均孔徑最小，為(33.34±7.61)μm。由纖維在梳理過(guò)程中的數(shù)學(xué)模型可知[10-12]，道夫轉(zhuǎn)移部分纖維后，剩下的纖維會(huì)由錫林帶回，在梳理單元中進(jìn)行再一次分梳。主錫林速度增加后，纖維在梳理單元中的梳理次數(shù)增加，單纖化程度提高，輸出纖維網(wǎng)的均勻性增強(qiáng)；但繼續(xù)增加主錫林速度，則纖維會(huì)因受到過(guò)多的梳理而產(chǎn)生過(guò)多的短纖維，最終濾料的過(guò)濾性能受影響。

2.1.3 過(guò)濾性能

對(duì)保持工作輥速度為50 m/min，不同主錫林速度下制備的濾料的過(guò)濾效率、過(guò)濾阻力和透氣性進(jìn)行測(cè)試，結(jié)果見(jiàn)表2。

表2 不同主錫林速度下制備的濾料的過(guò)濾性能

由表2可知，保持工作輥速度為50 m/min，當(dāng)主錫林速度為900 m/min時(shí)，制備的P-2濾料的過(guò)濾性能最佳，其對(duì)粒徑≥2.00 μm的顆粒過(guò)濾效率高達(dá)93.18%，同時(shí)過(guò)濾阻力較小，可達(dá)到高效低阻的效果[13]。這是因?yàn)?，合適的錫林速度能使纖維梳理更加充分，單纖化程度提高，梳理機(jī)輸出纖維網(wǎng)均勻度較好，鋪網(wǎng)后所形成的濾料更加均勻，故過(guò)濾效率隨之提高。

2.2 不同工作輥速度對(duì)濾料性能的影響

2.2.1 力學(xué)性能

表3是保持主錫林速度在1 000 m/min，不同工作輥速度下制備的濾料的力學(xué)性能測(cè)試結(jié)果。

表3 不同工作輥速度下制備的濾料的力學(xué)性能

由表3可知：隨著工作輥速度的增加，濾料縱向斷裂伸長(zhǎng)率先減小后增大、縱橫強(qiáng)力比先增大后減小。其中，當(dāng)工作輥速度為40 m/min時(shí)，制備的P-b濾料的縱向斷裂伸長(zhǎng)率較小、縱橫強(qiáng)力比更接近于1.00。這主要是因?yàn)樵谠摴ぷ鬏佀俣认?，纖維團(tuán)會(huì)受到良好的梳理，纖維在梳理過(guò)程中單纖化程度提高，纖維排列一致性增加，纖維網(wǎng)均勻度增加，這樣濾料在受到縱向外力拉伸時(shí)，纖維可以更有效地抵抗外力作用，濾料的縱橫向斷裂強(qiáng)力差異減小。

2.2.2 孔徑

圖2是保持主錫林速度在1 000 m/min，不同工作輥速度下制備的濾料的孔徑分布狀況。

由圖2可知，當(dāng)工作輥速度為40 m/min時(shí)，制備的P-b濾料的平均孔徑最小，為(32.25±6.47)μm。根據(jù)纖維分散數(shù)學(xué)模型可知，在針齒密度和針齒角度不變的情況下，適當(dāng)增加工作輥速度可增加纖維的轉(zhuǎn)移概率，但進(jìn)一步增加工作輥速度會(huì)降低纖維轉(zhuǎn)移率，減弱纖維梳理效果。同時(shí)，過(guò)高的工作輥速度易在其周圍產(chǎn)生飛花，對(duì)原料利用和設(shè)備清潔產(chǎn)生消極影響。

圖2 不同工作輥速度下制備的濾料的孔徑分布狀況

2.2.3 過(guò)濾性能

對(duì)保持主錫林速度在1 000 m/min，不同工作輥速度下制備的濾料的過(guò)濾效率、過(guò)濾阻力和透氣性進(jìn)行測(cè)試，結(jié)果見(jiàn)表4。

表4 不同工作輥速度下制備的濾料的過(guò)濾性能

由表4可知：保持主錫林速度在1 000 m/min，當(dāng)工作輥速度為40 m/min時(shí)，制備的P-b濾料的過(guò)濾性能最佳，其對(duì)粒徑≥2.00 μm的顆粒過(guò)濾效率為91.92%，且對(duì)小粒徑顆粒的過(guò)濾效率亦高于其他樣品；過(guò)濾阻力與其他樣品相近。這主要是因?yàn)楣ぷ鬏伵c錫林之間為分梳作用，合適的工作輥速度可使纖維受到充分的梳理，單纖化程度高，輸出纖維更加均勻。

3 結(jié)論

本試驗(yàn)以聚酯纖維為原料制造針刺非織造復(fù)合濾料半成品，通過(guò)改變梳理機(jī)的主錫林和工作輥的速度，研究了工藝參數(shù)對(duì)濾料力學(xué)性能、孔徑和過(guò)濾性能的影響，得出：

(1) 當(dāng)工作輥速度保持在50 m/min時(shí)，主錫林速度增加，濾料的過(guò)濾效果先增強(qiáng)后減弱，對(duì)應(yīng)的主錫林的最佳速度為900 m/min。在該條件下制備的濾料，其縱橫強(qiáng)力比更接近1.00，平均孔徑最小(33.34±7.61)μm， 過(guò)濾性能在該系列中最好，對(duì)粒徑≥2.00 μm的顆粒過(guò)濾效率高達(dá)93.18%，同時(shí)過(guò)濾阻力較小，可達(dá)到高效低阻的效果。

(2) 當(dāng)主錫林速度保持在1 000 m/min時(shí)，工作輥速度增加，濾料的過(guò)濾效果先增強(qiáng)后減弱，對(duì)應(yīng)的工作輥的最佳速度為40 m/min。在該條件下制備的濾料，其縱橫強(qiáng)力比更接近1.00，平均孔徑最小(32.25±6.47)μm，過(guò)濾性能在該系列中最好，對(duì)粒徑≥2.00 μm的顆粒過(guò)濾效率為91.92%。