用于耐温除尘滤料的新型玻璃纤维增强涤纶纤维的力学性能测试分析

王仙　赵连英　赵树超

摘要：研究一种新型的玻璃纤维增强涤纶纤维，可适用于与芳纶纤维等其他耐高温材料混纺针刺加工成非织造过滤材料。文章通过与PPS纤维对比，测试了该纤维的耐温氧化性能，并制备了相同规格的织物与PPS针刺织物进行耐化学腐蚀性能测试与对比。结果表明，新型增强纤维从200 ℃开始强度损失较明显，纤维手感发硬，收缩较明显；织物经60%H2SO4处理后的断裂强力保持率在91.98%，经40%NaOH处理后的强力保持率在91.86%，强力和断裂伸长率分别有所下降，耐化学腐蚀性良好。但基于纤维强度非常高，CV值小，纤维品质较均匀，可尝试少量与芳纶纤维、PPS纤维进行混纺增加强力，再通过后期坯布和成品的热收缩率测试评定。

关键词：针刺；涤纶；耐腐蚀；耐温

中图分类号：TS176.3

文献标志码：A

文章编号：1009-265X（2017）05-0010-05

Abstract：This paper is intended to research a newtype glass fiberreinforced polyester fiber， which is applicable to be processed into nonwoven filter material together with other temperatureresistant materials （such as Aramid fiber） by blending and needling. In this paper， the heatresistance and oxidation properties of the fiber were tested by comparing with that of PPS fiber， and fibers of the same specifications were prepared for comparing with PPS needle punched fabrics for chemical resistance. The results show that， above 200℃， the newtype reinforced fabric suffers from significant strength loss， feels stiff， and greatly shrinks； the breaking strength retention rate of the fabric treated with 60% H2SO4 reaches 91.98%， and that of the fabric treated with 40%NaOH is 91.86%； the strength and elongation at break of the fabric both degrade after being treated， and the fabric has high chemical resistance. Considering the high fiber strength， small CV value， and the uniformity of quality， it is feasible to blend a little aramid fiber and PPS fiber to enhance the strength， which can be verified by means of test and evaluation of hotshrinkage rate of gray fabric and finished product.

Key words：needledpunched； polyester； corrosionresistance； temperatureresistance

近年来，国家加大了对环保事业的投入，对污水、粉尘、气体治理和排放不断提出新的要求，过滤与分离用纺织品将迎来新的发展契机，需求也不断地增长。针刺毡滤料是由隨机排列的纤维经针刺固结形成的，针刺毡呈纤维三向微孔结构，不同于由经纬纱组成的传统机织滤布，它能够使含尘气体分离成单股细小的气流，使颗粒附着在滤材表面并形成灰尘初层（“滤饼”），具有孔径小、高效低阻、透气性好和颗粒捕集性好等特点，所用的纤维原料包括涤纶、丙纶、亚克力、芳纶、聚苯硫醚、聚酰亚胺、芳砜纶、玻纤、聚四氟乙烯纤维等耐高温纤维，产品种类较多，容易满足各行业的除尘过滤要求。

玻璃纤维是一种性能优异的复合材料中的增强材料，耐温耐腐蚀性好，强度非常高，新型的玻璃纤维增强涤纶纤维，是由短切玻璃纤维作为增强结构，涤纶作为基体材料，经熔融纺丝加工的复合型纤维。聚酯母粒熔融后，添加短切玻璃纤维，添加量占0.5%～2%，通过喷丝板进行纺丝。将玻璃纤维与涤纶等耐高温纤维混合铺网经高速针刺后制备的除尘滤袋的耐高温性提高，但是生产过程中由于玻璃纤维不耐折，针刺后强力损失大，强力利用率低，这往往使玻纤仅发挥了耐温性，没有体现增强材料功能。此次充分利用玻纤优异性能，与涤纶结合改性研发，赋予涤纶多功能化，针刺过滤材料的多样化。

聚苯硫醚（PPS）纤维具有优良的耐温性、耐腐蚀、阻燃性及良好的力学性能等，广泛应用在钢铁、水泥、垃圾焚烧站和电厂领域。相比其他耐高温纤维，PPS纤维的耐腐蚀性更优异，但耐氧化性能却是最差。本文以PPS纤维对比，测试该新型玻纤增强涤纶纤维的耐温氧化性能和耐腐蚀性能，期望对开发这种纤维与芳纶、PPS、PSA纤维等耐高温混纺针刺过滤材料方面的应用具有参考意义。

1试验部分

1.1试验材料

1.1.1纤维原料

试验使用2种规格的纤维，具体见表1所示。

1.1.2主要药品

100%浓硫酸（分析纯，华东医药股份有限公司）；氢氧化钠（化学纯，华东医药股份有限公司）。

1.2试验设备

针刺流水线设备（常熟飞龙无纺机械有限公司），FA1004电子天平（上海舜宇恒平科学仪器有限公司），圆盘取样器（温州大荣纺织仪器有限公司），YG（B）141D型数字式织物厚度仪（温州大荣纺织仪器有限公司），DGG9030A电热恒温热风干燥箱（上海东麓仪器设备有限公司），XQ2型纤维强伸仪（上海新纤仪器有限公司），YG（B）026H型电子织物强力机（温州大荣纺织仪器有限公司）。

1.3材料制备工艺

用针刺法非织造工艺制备材料，其工艺流程：纤维原料→开包机→粗开松→多仓混棉机→精开松→气压棉箱均匀给棉→梳理机→铺网机→高速预针刺机→2～3台主针刺机→修面→前道成卷。

1.4试验性能测试

1.4.1纤维的力学性能

测试标准：GB/T 14337—2008《化学纤维 短纤维拉伸性能试验方法》。

试验方法：张力夹100 mg，拉伸隔距设置20 mm，拉伸速度20 mm/min。从待测试样中随机取出1根纤维，用张力夹夹持纤维一端，将纤维置于夹持器中，保证纤维沿着轴向自然伸长，然后进行拉伸试验，每种试样测试次数为50次。

1.4.2纤维耐氧化性能测试

测试标准：GB/T 6719—2009《袋式除尘器技术要求》。

试验方法：将试样分为5组，先将1组试样置于高温箱内，以升温速率2 ℃/min升温至恒温，并开始计时。经7 h后从高温箱内取出，放入恒温恒湿室内调湿24 h后，待测。烘干温度分别设置为180、190、200、210 ℃。分别测试每组纤维的强力，测试次数为50次。

1.4.3织物的平方米质量和厚度测试

测试标准：GB/T 24218.1—2009《纺织品 非织造布试验方法 第1部分：单位面积质量的测定》，GB/T 24218.2—2009《紡织品 非织造布试验方法 第2部分：厚度的测定》。

1.4.4织物的耐腐蚀性能测试

测试标准：GB/T 6719—2009《袋式除尘器技术要求》。

在滤料样品上按经向相同的方向剪取100 mm×10 mm滤料5块，拉伸隔距设置为80 mm，拉伸速度为200 mm/min。取其中一块按标准测定其断裂强度f0，将第2、3块浸在质量分数60%的H2SO4常温溶液中，将第4、5块浸于质量分数为40%的NaOH常温溶液中；24 h后将它们全部取出，经过清水充分漂洗，并在通风橱中干燥；测定断裂强力fi。计算断裂强力保持率λ%=fif0×100。

2结果与分析

2.1纤维的力学性能

通过XQ2型纤维强伸仪测试2种纤维的力学性能，测试结果如图1和表2所示。

如图1所示，增强涤纶纤维的强力和断裂伸长率明显优于PPS纤维，断裂伸长率在14%～26 %，PPS纤维断裂伸长率20%～45%。由表2得到，增强涤纶纤维的断裂强度在5.70～7.99 cN/dtex，是PPS纤维断裂强度（3.34～4.35 cN/dtex）的近2倍。同时从图1拉伸曲线图和表2看出，增强涤纶纤维的模量很高，这是由于增强涤纶纤维混入短切玻璃纤维，模量高，强度极其优异，且每次的拉伸曲线分布较集中，纤维性能稳定，品质均匀。PPS和芳纶等耐高温针刺毡的拉伸性能一直以来难以达到行标，被制作成滤袋后经长期使用容易变形，形成褶皱积累灰尘，从而增加过滤阻力增加能耗，此次用的增强涤纶纤维强度很高，期望混入少量降低成本，又提高成品强力和降低断裂伸长率。

2.2纤维的耐氧化性能

经过恒温烘箱放置7 h后，分别对每组纤维的强力进行测试，2种纤维的拉伸性能测试结果分别如表3所示。

由表3所示，PPS纤维强度随着温度升高，强力有微小的损伤。当温度达到200 ℃时，纤维强度反而有所增加，是由于高温条件下PPS纤维受热收缩，相当于经过预热处理，内部结构变紧密，结晶度提高，消除了部分内应力，反而提高了力学性能。当温度达到210 ℃后，断裂强度逐渐降低，工作温度最高能达到210 ℃。

增强涤纶纤维从200 ℃开始后强度损失较明显，纤维手感发硬，收缩较大。210 ℃后纤维强度降低明显，所以建议高温定型设置5～8 min，220 ℃。针刺过程，针刺密度不宜过高，因为增强涤纶纤维模量较高，比其他纤维较脆，过高则会损伤纤维强力。

由图2（a）所示，2种纤维的断裂强度随着烘箱温度升高都有所下降，其中增强涤纶纤维的强度下降明显，这是因为纤维的基体是涤纶，不耐高温，但是又由于混入短切玻纤，强力增加。PPS纤维无论在断裂强度和断裂伸长率相对损失幅度小。因此，新型增强纤维的高温耐氧化性不及PPS纤维，无法取代PPS和芳纶耐高温纤维，但可尝试与其他耐高温纤维针刺制备非织造材料，毛毡通过烧毛轧光一体后，织物内层的基体纤维涤纶因受热熔融，纤维经过针刺缠结与纤维熔融粘结，而玻璃纤维熔点高，不受影响留在织物里层，提高织物整体的耐温性。此外还克服了玻璃纤维的脆性，减少玻璃纤维因直接与PPS和芳纶等耐高温纤维混纺针刺带来的强力损失。

2.3织物的平方米质量与厚度

经测试，2种织物的平方米质量和厚度的测试结果如图3所示。

由图3（a）可以看出，如同遵循常规针刺过滤材料的平方米质量不匀特点，2种非织造布平方米质量变化都有浮动，但整体比较均衡，PPS织物的平方米质量在（504±5.48） g/m2，新型增强纤维织物的平方米质量在（506±5.48） g/m2。制备过程中通过喂入量、铺网、纤网排列等工艺因素调节非织造布的平方米质量，通过适当的针刺频率、针刺深度调节非织造布的厚度。图3（b）可以看出2种非织造布的厚度差异不大，CV值很小，整体均匀，可作对比。

2.4织物的耐腐蚀性能

将2种同规格的织物在相同条件下进行酸碱处理24 h，并测试拉伸性能，其测试结果如表5所示。表5为PPS织物在酸碱处理前后的断裂强力和断裂伸长率的变化，可看出PPS织物的断裂强力受H2SO4和NaOH溶液的影响较小，强力没有损失反而有所增加，而断裂伸长率都受到一定的影响。经60%H2SO4处理后，织物的平均强力保持率为121.35%，断裂伸长率增加显著；碱处理后的平均强力保持率达120.69%，这是由于PPS纤维取向度增加，内应力降低，强度增加，织物内部结构受浸泡松散，伸长率增加，耐化学腐蚀能力优异。

增强涤纶织物经酸处理后，强度有所下降，强力保持率在91.98%，碱处理后平均强力保持率在91.86%。新型增强纤维织物经过24 h后的酸碱处理，强力分别有所下降，断裂伸长率下降。其耐腐蚀性不及PPS织物，避免不了常规纤维的缺陷。

3结论

通过与PPS纤维对比，测试了新型玻璃纤维增强涤纶纤维性能，并制备了相同规格的织物与PPS针刺织物进行耐腐蚀性能测试，探索一种适用于过滤材料方面的新型纤维，得出如下结论：

a）增強涤纶纤维的强度非常高，在5.70～7.99 cN/dtex，是PPS纤维断裂强度的近2倍；强力CV值为6.47，即使经高温烘干后，纤维强力依旧均匀，品质稳定。

b）增强涤纶纤维从200 ℃开始后强度损失较明显，纤维手感发硬，收缩较大。高温耐氧化性不及PPS纤维，无法取代耐高温纤维，但是可尝试与其他耐高温纤维混纺针刺制备非织造材料。毛毡通过烧毛轧光一体后，织物内层的基体纤维涤纶因受热熔融，纤维经过针刺缠结与纤维熔融粘结，而玻璃纤维熔点高，不受影响留在织物里层，提高织物整体的耐温性。

c）增强涤纶织物经酸处理后，强度有所下降，强力保持率在91.98%；碱处理后平均强力保持率在91.86%。经过24 h后的酸碱处理，强力和断裂伸长率分别有所下降。但纤维的强度高，若被应用在针刺非织造领域，克服玻璃纤维脆性，减少因其直接与高温纤维混纺针刺带来的强力损失，有望提高过滤材料的强力。

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（责任编辑：张会巍）