润湿剂对泡点法测定纤维过滤材料孔径特征的影响

王向钦 张 鹏 靳向煜

(1.广州市纤维产品检测院，广州，510220;2.东华大学产业用纺织品教育研究工程中心，上海，201620)

润湿剂对泡点法测定纤维过滤材料孔径特征的影响

王向钦1，2张 鹏1靳向煜2

(1.广州市纤维产品检测院，广州，510220;2.东华大学产业用纺织品教育研究工程中心，上海，201620)

利用Silwick、Galwick、二甲基硅油和超纯水等4种液体研究了泡点法测定水刺非织造布、针刺非织造布、纺粘非织造布、机织过滤布和中速滤纸等5种产业用过滤材料孔径时润湿剂的影响。结果表明:润湿剂的表面张力对泡点法测试纤维过滤材料的孔径特征有一定的影响;超纯水不能充分浸润试样，测得泡点孔径和平均孔径值偏高，不适宜作为泡点法的润湿剂;Silwick、Galwick和二甲基硅油3种液体可以充分浸润试样，并得出一致的泡点孔径和平均孔径值，适宜作为泡点法的润湿剂。

纤维过滤材料，孔径特征，润湿剂，泡点法

过滤材料孔径特征的测试方法有直接法和间接法两种。直接法主要用于测量试样的表面孔隙尺寸，包括X射线小角度散射测量法、显微镜观察法等;间接法则是假设材料的孔隙是均匀通直的圆孔，以表面张力引起液体在毛细孔中上升为理论依据，通过公式计算出材料孔隙的等效孔径，主要方法有泡点法、压汞法等，该类方法可较真实地反映流体通过孔道的实际情况。泡点法与压汞法相比，可以减小结构压缩对测定结果的影响，更适用于纤维过滤材料孔径特征的测定［1］。润湿剂是泡点法测定过滤材料孔径特征的重要影响因素。本文利用Silwick、Galwick、二甲基硅油和超纯水等4种液体，分析和探讨了润湿剂对泡点法测定纤维过滤材料孔径特征的影响。

1 测试原理

泡点法测试纤维过滤材料孔径特征的原理是:试样经已知表面张力的润湿剂充分浸润后放入试样室，气体在压力作用下分别通过试样干态和湿态时的毛细孔，通过计算气体通过试样时压力和气流的变化，分析和计算试样的孔径及其分布［2］，测试原理如图1所示。试样中单个毛细孔的直径可按下列公式计算［3］:

式中:Di——样品中第i个孔的直径(μm);

γ——润湿剂的表面张力(10－5N/cm);

Pi——瞬时压力(kPa)。

图1 泡点法测试纤维孔径原理

2 试验

2.1 样品

样品为5种产业用过滤材料:

(1)水刺非织造布，面密度为58.4 g/m2;

(2)针刺非织造布，面密度为445 g/m2;

(3)纺粘非织造布，面密度为156.8 g/m2;

(4)机织过滤布，面密度为272.6 g/m2;

(5)中速滤纸，面密度为82.4 g/m2。

2.2 仪器

美国PMI公司CFP-1100A型毛管流动孔隙仪(Capillary Flow Porometer)。

2.3 润湿剂

(1)Silwick，由美国PMI公司提供;

(2)Galwick，由美国PMI公司提供;

(3)二甲基硅油，由美国Alfa Aesar公司提供;

(4)超纯水，由广州市纤维产品检测院提供。

4种润湿剂的性能参数如表1所示。

表1 润湿剂性能参数

2.4 方法

(1)试验类型为 Wet up/Dry down。首先，已被浸润的试样受到持续增大气流的作用，得到试样为湿态时气体流量和压力的关系曲线，即湿态曲线;然后，气体流量逐渐减小，得到试样为干态时气体流量和压力的关系曲线，即干态曲线。

(2)夹样器的密封圈直径为20 mm，并选择相应的测试参数。

3 结果与分析

用Silwick、Galwick、二甲基硅油和超纯水4种液体作为润湿剂分别测试水刺非织造布、针刺非织造布、纺粘非织造布、机织过滤布和中速滤纸5种产业用纤维过滤材料的泡点孔径和平均孔径，测试结果如图2～图6所示。

图2 水刺非织造布孔径测试值

图3 针刺非织造布孔径测试值

图4 纺粘非织造布孔径测试值

图5 机织过滤布孔径测试值

图6 中速滤纸孔径测试值

比较图2～图6可以发现，超纯水作为润湿剂浸润各试样所测得泡点孔径和平均孔径均远远大于其他3种润湿剂浸润各试样的测试值，这是由于水的表面张力太大，浸润时不能充满所有的毛细孔，即不能充分浸润试样。如果试样没有被充分浸润，气体穿透湿态或干态试样时的瞬时压力就会偏低。由公式(1)可知，试样微孔直径Di与润湿剂表面张力γ成正比，与穿透微孔时的瞬时压力Pi成反比，当润湿剂表面张力γ较大，而瞬时压力Pi又偏小时，所测得微孔直径就会偏离真实值。由此可见，超纯水不适宜作为泡点法测纤维过滤材料孔径的润湿剂。

Silwick、Galwick和二甲基硅油3种低表面张力的液体作为润湿剂所测水刺非织造布和针刺非织造布的泡点孔径和平均孔径均各不相同，尤其是泡点孔径各数据之间差距比较大，这可能是由于水刺非织造工艺和针刺非织造工艺本身的随机不匀引起的［4］，平均孔径则比较接近。

对于纺粘非织造布、机织过滤布和中速滤纸，无论是泡点孔径还是平均孔径，使用Silwick、Galwick和二甲基硅油作为润湿剂所测得的值都非常接近，3种润湿剂所测各试样的平均值之间的差异在几微米左右。主要原因一是纺粘非织造布、机织过滤布和中速滤纸3种材料本身的均匀性比较好，孔径波动比较小;二是3种润湿剂都能够充分浸润试样。

综上所述，泡点法所用润湿剂若能够充分浸润试样，则测得的孔径特征值基本一致或略有差别;所用润湿剂若不能充分浸润试样，则测得的孔径特征值偏大，如本试验中超纯水所测得结果。对于结果要求严格的试验应在报告中注明所用润湿剂的名称，用不同润湿剂进行测试，其结果没有可比性。

4 结论

(1)润湿剂是泡点法测试纤维过滤材料孔径必需的标准物质，其表面张力对测试结果有一定的影响。

(2)表面张力大的液体不适宜作为泡点法的润湿剂。本试验中超纯水由于表面张力较高，不能充分浸润试样，所测泡点孔径和平均孔径值偏大，不适宜作为泡点法的润湿剂。

(3)表面张力较低且能够充分浸润试样的润湿剂适宜作为泡点法的润湿剂。本试验中所用Silwick、Galwick和二甲基硅油都具有较小的表面张力，其测试结果具有很好的一致性，适宜作为泡点法的润湿剂。

(4)对结果要求严格的试验应在报告中注明所用润湿剂名称，用不同润湿剂进行测试，其结果没有可比性。

［1］梁云，胡健.纤维过滤材料孔径及孔径分布测试方法的研究［J］.纺织科学研究，2004(4):23-27.

［2］殷保璞，吴海波.非织造过滤材料的孔隙结构与透气性能研究［J］.产业用纺织品，2007，25(5):20-23.

［3］殷保璞，吴海波.CFP-1100-AI多功能孔径仪在纺材性能测试中的应用［J］.纺织标准与质量，2002(4):33-35.

［4］柯勤飞，靳向煜.非织造学［M］.上海:东华大学出版社，2004:86-141.

Effect of wetting liquid on the testing of pore size characteristics of fiber filter materials by bubble point method

Wang Xiangqin1，2，Zhang Peng1，Jin Xiangyu2
(1.Guangzhou Fibre Product Testing Institute;2.Engineering Research Center of Technical Textiles，Ministry of Education)

Four kinds of liquids，Silwick，Galwick，polydimethylsiloxane and ultra-pure water were used to wetting samples，including spunlaced nonwovens，needle punched nonwovens，spunbond nonwovens，woven filter cloth，medium-speed filter paper，to study the effect of wetting liquid on the testing of pore size characteristics of fiber filter materials by bubble point method.The results show that the surface tension of the wetting liquid affects the testing results.Ultra-pure water cannot wet samples totally，the testing value of the samples wetted by ultra-pure water were higher than that of samples which be wetted by other liquids，so it is not suitable for being a wetting liquid.The other three kinds of liquids，Silwick，Galwick and polydimethylsiloxane wet the samples totally and the testing values be similar，so they are suitable for using as wetting liquids.

fiber filter material，pore size characteristics，wetting liquid，bubble-point method

TS106.6+2

A

1004－7093(2011)05－0040－04

2011－02－23

王向钦，女，1979年生，在读博士研究生。研究方向为非织造材料及测试技术。