空气过滤用海岛型超细纤维针刺非织造布开纤工艺研究*

俞丹丽 张才前 胡海霞

(1.绍兴文理学院元培学院，绍兴，312000;2.浙江工业职业技术学院，绍兴，312000)

大气污染会对人类造成严重的影响和危害。人体吸入或皮肤接触污染的空气后，容易引起呼吸道和肺部疾病，危害心血管系统和肝脏等器官。即使人体有服装附着，污染空气也会对服装、皮革，甚至是金属制品、建筑材料等造成化学性损害和玷污损害。因此，防治大气污染和缓解大气污染的危害已刻不容缓［1］。

目前国内外治理大气污染采用的方法有袋式除尘器法、电除尘法和湿除尘法。电除尘法是利用高压电源加放电极和集尘极，形成不均匀电场，分离捕集粉尘，但该方法投资大，受粉尘比电阻、温度和湿度的影响大，粉尘排放浓度高于100 mg/m3，达不到先进国家30 mg/m3排放标准的要求;湿除尘法是利用水的黏附力除去粉尘，特别适合应用于极微细粉尘以及有毒气体的场合，但该法耗水量大，且易造成二次污染，因而其应用受到限制。袋式除尘器是利用纤维介质分离捕集粉尘，捕集效率高［2］，特别适合亚微米粉尘的捕集，可根据使用温度和酸碱度选择合适的纤维原料，适应性强。

袋式除尘器过滤材料所用的原料纤维的选择最为重要，其基本选择依据主要是工作环境、过滤效果和寿命要求。目前得到较好应用的纤维有聚四氟乙烯(PTFE)纤维、Nomex纤维、芳砜纶、聚酰亚胺(P84)纤维、玻璃纤维、聚苯硫醚(PPS)纤维等［3-4］。这些纤维可抵抗化学品腐蚀、耐高温、阻燃，可满足特殊工况的要求［5］，但纤维直径较粗，一般直径都大于10 μm，对于粒径小于微米级的细小颗粒过滤难度较大。设计海岛型超细纤维作为过滤材料，可显著减少材料的孔隙尺寸，提高过滤效率。海岛型超细纤维的性能与开纤工艺关系密切，目前尚无涉及超厚海岛纤维针刺非织造布开纤工艺的报道。本文通过正交试验设计超厚海岛纤维针刺非织造布均匀开纤的工艺，以达到提高产品过滤效率的目的。

1 试验部分

1.1 试验准备

(1)材料:涤纶/锦纶(质量比70/30)超厚海岛纤维针刺非织造布，平均厚度0.61 cm，面密度674 g/m2，由海宁宇邦滤材公司提供。

(2)药品:NaOH、HAc、Na2CO3、渗透剂 JFC。

(3)仪器与设备:JA5003电子天平，DGG-9240B型电热恒温烘箱，H-24CFGN高温高压染色小样机，Eclipse50i尼康显微镜，H10KL型台式双立柱电子万能材料试验机。

1.2 开纤工艺

开纤工艺流程如下:

超厚海岛纤维针刺非织造布→水洗→称重→开纤→清水洗→酸洗→清水洗至中性→烘干→称重。

(1)水洗。为去除超厚海岛纤维针刺非织造布生产过程中纤维所沾的污物，将非织造布剪成10 cm×10 cm的均匀小块，在50℃的质量分数为2%的Na2CO3溶液中处理30 min;然后用水洗净、挤干，在干燥箱内105℃下烘干30 min，移放在干燥器内，恒重4 h以上，待用。

(2)称重。称量非织造布开纤前的质量，计为W0。

(3)开纤。将超厚海岛纤维针刺非织造布放置在高温高压小样染色机的不锈钢染罐中，加入配制好的工作液(渗透剂JFC 2 g/L，NaOH溶液若干，浴比1∶50);对比不同浓度开纤碱液、开纤温度和开纤时间对碱减量和开纤结果的影响。

(4)酸洗。用2 g/L HAc溶液洗2次。

(5)水洗与烘干。经过开纤的超厚海岛纤维针刺非织造布用清水洗至中性，在干燥箱内105℃下烘干30 min，移入干燥器内晾干，调湿平衡。

(6)称重。称量非织造布开纤后的质量，记为W1。

1.3 正交试验设计

影响非织造布开纤效果的主要因素有开纤碱液浓度、开纤时间和开纤温度，每个因素设计三个水平。表1是其L9(34)正交试验表。

2 试验结果与分析

2.1 质量损失率和开纤效果照片

将9块超厚海岛纤维针刺非织造布样品在不同工艺条件下进行开纤处理，测试各样品开纤后的质量损失率，见表2。用显微镜观察开纤情况，并拍摄照片，如图1所示。

表1 正交试验表

表2 样品质量损失率

2.2 开纤效果分析

由表2和图1可知:样品1～样品4开纤效果较差，仅少部分纤维被开纤，即仅少部分锦纶被溶解;样品5和样品6大部分纤维获得较好开纤效果，但少部分纤维仍旧未能开纤，样品的质量损失率超过20%，即尚有少部分锦纶未能溶解;样品7和样品8开纤效果好，基本没有发现未开纤纤维，样品的质量损失率接近30%，说明几乎全部锦纶都被溶解;样品9的质量损失率达41.9%，大于海岛纤维中锦纶的质量分数30%，说明样品中部分涤纶也被溶解，即开纤过度，导致材料表面被腐蚀。由上述分析可见，样品7和样品8的开纤工艺较好。

对9块样品质量损失率进行方差分析，计算结果见表3。

由表3可知:碱液浓度和开纤时间的F值大于F临界值，对材料质量损失率影响显著;分析各因素偏差平方和，碱液浓度的偏差平方和较高，说明其是影响材料质量损失率最主要因素，而开纤时间是次要因素;开纤温度的F值小于F临界值，说明该因素对材料质量损失率影响不显著。

图1 样品开纤效果照片

表3 质量损失率方差分析

2.3 强力测定

将超厚海岛纤维针刺非织造布裁剪成40 cm×40 cm的试样2块，按照样品7和样品8的开纤工艺分别对样品开纤，依据《GB/T 3923.1—1997纺织品织物拉伸性能第1部分断裂强力和断裂伸长率的测定条样法》标准，用电子万能材料试验机测试样品强力，得到样品7的平均强力为918.5 N/5 cm，样品8 的平均强力为1 021.3 N/5 cm，说明样品8的强力高，更适合工况复杂的情况使用。

根据试验结果分析，最终确定获得强度较高的海岛型超细纤维针刺非织造布的最佳开纤工艺为:开纤碱液质量分数16%，开纤时间15 min，开纤温度95℃。

3 结论

(1)通过正交试验确定了在涤纶/锦纶(质量比70/30)超厚海岛纤维针刺非织造布开纤工艺的影响因素中，碱液浓度是影响开纤效果的最主要因素，其次是开纤时间，开纤温度对开纤效果影响不显著;最佳的开纤工艺是碱液质量分数为16%，开纤时间为15 min，开纤为温度95℃。

(2)在最佳开纤工艺条件下制得的样品，其断裂强力达1 021.3 N/5 cm，说明可适合在复杂工况下使用。

(3)本文仅讨论了超厚海岛纤维针刺非织造布开纤后的部分指标，对于开纤后样品的过滤效果、使用寿命等指标等还需作后续研究。

［1］国家环境保护总局科技标准司.环境标准实施指南［M］.长春:吉林科学技术出版社，1999:32-50.

［2］朱冰.PPS耐高温针刺过滤材料的工艺与性能研究［D］.东华大学，2010:5-10.

［3］柯勤飞，靳向煜.非织造学［M］.上海:东华大学出版社，2004:28-30.

［4］李勇.袋式除尘器的除尘机理和影响因素［J］.特种橡胶制品，2003，24(2):29-33.

［5］许明珠.高温烟气过滤除尘用合成纤维性能的试验研究［D］.东华大学，2008:11-20.