芳纶与PTFE基布针刺非织造布结构与透气性能的测试评价

2015-07-03张文惠徐广标

纺织科学与工程学报 2015年4期

张文惠，徐广标，2

(1.东华大学纺织学院，上海201620;2.东华大学纺织面料技术教育部重点实验室，上海201620)

针刺技术是一种新型的非织造布加工方法，是近几年纤维原料成型的重要加工方式之一［1］。针刺非织造布过滤材料完全依靠纤维之间的抱合力、挤压力和摩擦力来进行固结，它表面平整、手感好、强力高、滤水性能优异，很多方面的性能是传统纺织过滤材料所无法比拟的［2］。芳纶纤维具有良好的耐热性、耐化学性及阻燃性能，广泛应用于高温过滤材料、高温防护服以及蜂窝结构材料等领域，是世界上发展速度飞快的耐高温过滤材料之一［3］。PTFE纤维由于其优异的化学性能和热稳定性、低的摩擦因数、良好的生物相容性等，广泛应用于国防军工、航空航天、仪表机械、石油化工、建筑、轻纺、电子、医学等众多行业和领域［4］。本文以芳纶基布增强芳纶针刺非织造布与PTFE基布增强芳纶针刺非织造布为研究对象，重点研究针刺非织造布的形态结构，孔径分布与透气性之间的关系，为针刺非织造布在耐高温过滤方面的应用提供依据。

1 样品

试验采用芳纶基布与PTFE基布增强芳纶针刺非织造布作为样品，样品的基本参数如表1所示。

表1 芳纶基布与PTFE基布增强芳纶针刺非织造布的基本参数

2 实验方法

2.1 表面形态

采用TM3000扫描电子显微镜对芳纶基布与PTFE基布增强芳纶针刺非织造布的表面形态进行观察和拍照。

2.2 孔径测试

试验采用间接法中的泡点法测试孔径，测试仪器为CFP-1100A型毛细管流动孔径测定仪(简称PMI)，仪器测量范围为 0.013～100μm。润湿试样的液体采用 Galwick试剂，其表面张力为15.9dynes/cm。泡点法测试结果计算公式为:

式中，D—孔径;γ—液体表面张力;θ =0°;P—气体压力。

2.3 透气性测试

透气性是过滤材料气体通过性能的度量，是指在单位时间内单位面积过滤材料所通过的空气体积。本实验按照GB/T5453-1997《纺织品、织物透气性测定》中产业用纺织品的标准，采用YG461E数字式透气量仪在压降为200Pa，测试面积20cm2的条件下测试样品的透气性。

3 实验测试结果与分析

3.1 表面形态分析

通过观察可以发现，非织造布的未烧毛面呈现纤维本色，芳纶基布增强芳纶针刺非织造布未烧毛面表面颜色呈白色，PTFE基布增强芳纶针刺非织造布未烧毛面表面颜色呈淡黄色，而非织造织物的烧毛面均呈现焦黄色。进一步采用扫描电子显微镜观察织物的表观形态，如图1所示。

图1 芳纶基布与PTFE基布增强织物的表面形态

从图1可以看出，非织造布表面呈三维立体网状结构，内部空隙分布均匀，内部纤维分布杂乱，这样的结构可以加强载体相流过纤维曲径式系统时的分散效应，使粒子悬浮相在欲分离时与单纤维碰撞或粘附的机会增多［5］，这是非织造织物作为过滤材料的优势。

芳纶基布增强芳纶针刺非织造布未烧毛面的表面纤维形态光滑，沿纤维纵向有凹槽;烧毛面纤维头端多，有孔洞等损伤，部分纤维呈中腔形态，这样的立体结构可增加对空气中杂质的过滤作用［6］。PTFE基布增强芳纶针刺非织造布未烧毛面的的表面纤维形态光滑，略有凹槽，烧毛面头端有熔融结头，较光滑。总的来说，芳纶基布增强芳纶针刺非织造布纤维纵向表面光滑，烧毛面(正面)的头端较未烧毛面的头端多，PTFE基布增强芳纶针刺非织造布烧毛面烧毛头端的熔融结头较光滑，芳纶基布增强非织造布和PTFE基布增强非织造布烧毛面的纤维头端都有孔洞，部分中空，这样表观形态上的差别大部分来自于纤维表面处理工艺的差异［7］。

3.2 孔径大小及其分布

作为过滤材料的针刺非织造布，本身就是一种非连续的、非均匀的多孔体，对气体有良好的通透性能，对粉尘有强的吸附能力［8］。孔隙的形状、大小、数量对过滤性能都有密切的关系，过滤材料的过滤作用是通过其内部的孔隙通道来实现的，因此其过滤效率在很大程度上取决于孔径的尺寸分布［9］。

试验采用间接法测试孔径，原理是在压力作用下使气体通过干、湿(被已知表面张力的液体饱和润湿)试样毛细孔，从气体流量的变化来分析和计算孔径分布和孔径大小［10］。通过试验得到芳纶基布与PTFE基布增强织物的孔径分布如图2所示。

图2 芳纶基布与PTFE基布增强织物的孔径分布

从试验数据可以得到，芳纶基布芳纶针刺非织造布孔径分布范围是9.75μm～72.25μm之间，PTFE基布芳纶针刺非织造布孔径分布范围是7.11μm～64.90μm之间，由此可得，芳纶基布芳纶针刺非织造布孔径的分布范围更广。

通过试验得到芳纶基布与PTFE基布增强织物的最大孔径、最小孔径、平均孔径，如下页表2所示。从表中可以看出，芳纶基布增强织物的最大孔径、最小孔径、平均孔径均大于PTFE基布增强织物。

表2 芳纶基布与PTFE基布增强芳纶针刺非织造布的孔径测试结果

3.3 透气性测试结果

在标准大气条件下，芳纶基布与PTFE基布增强芳纶针刺非织造布每种试样分别测量10次，然后求得平均值，如图3所示。

图3 芳纶基布与PTFE基布增强织物的透气率

非织造布结构中充满微孔，且纤网结构较疏松，气体通过时受到的阻力小，因而具有良好的透气性［11］。试验中芳纶基布增强芳纶非织造布的透气率明显大于PTFE基布增强芳纶非织造布，是由于芳纶基布增强芳纶非织造布的平方米克重小于PTFE基布增强芳纶非织造布，厚度却大于PTFE基布增强芳纶非织造布，使得芳纶基布增强芳纶非织造布内部结构不如PTFE基布增强芳纶非织造布紧密，从而芳纶基布增强芳纶非织造布的透气性更好。