涤纶湿法成网过滤材料的开发与性能研究

张 旭，王露莹，李素英，朱梦玲，马丹丹

(南通大学 纺织服装学院，江苏 南通 226019)

涤纶湿法成网过滤材料的开发与性能研究

张 旭，王露莹，李素英*，朱梦玲，马丹丹

(南通大学 纺织服装学院，江苏 南通226019)

以涤纶、聚乙烯/聚丙烯并列复合纤维(ES纤维)及涤纶浆粕为原料，采用湿法成网、热轧加固工艺制备液体过滤材料，以涤纶含量、热轧温度、热轧时间为因素设计正交实验方案，设定材料面密度为100 g/m2左右，研究了各因素对过滤材料性能的影响。结果表明：热轧温度和涤纶含量分别对过滤材料的厚度和面密度的均匀性影响最大；热轧温度对过滤材料的强力影响最大，热轧时间影响最小，当涤纶质量分数为80%，热轧温度为165 ℃，热轧时间为4 min时，所制得的过滤材料的强力最大为258.0 N，所有过滤材料试样的强力均能满足对液体过滤材料的强力要求；当涤纶质量分数为60%，热轧温度为150 ℃，热轧时间为4 min，过滤材料的过滤效率最高为91.9%，过滤精度为4 μm，有效孔径O95最小为3 μm。9种试样都能达到对粒径大于等于5 μm的过滤精度，有效孔径O95均小于等于5 μm。

聚对苯二甲酸乙二醇酯纤维 聚乙烯/聚丙烯并列复合纤维 湿法 热轧 液体过滤 非织造布正交实验 性能

由于全球水资源短缺及水污染加剧[1]，人们经常需要对水进行固液分离处理。固液分离是一种从液相中除去固体的重要单元操作，过滤与分离是现有的传统固液分离技术中关键的一步[2-3]，其技术水平的高低直接影响到实现工业化规模生产的可能性和经济性。

非织造材料加工方法比传统的针织物和机织物简便，过滤效率高，目前已经大量取代传统的纺织滤材和纸质滤材，并在轻工、纺织、制药、电子、食品等领域有了广泛的应用[4-6]。湿法非织造材料生产成本低、均匀性良好，可用于液体过滤。涤纶具有强度高、耐冲击性好、耐热、耐腐、耐蛀、耐光性好等优点，可用于加工液体过滤材料[7]。作者以涤纶和聚乙烯/聚丙烯并列复合纤维(ES纤维)及涤纶浆粕为原料，采用湿法成网、热轧加固工艺制备湿法液体过滤材料，运用正交实验方法研究了涤纶含量、热轧温度、热轧时间对材料性能的影响，为液体过滤材料的开发开辟新的途径。

1 实验

1.1原料

涤纶：规格1.8 dtex×12 mm，泰安瑞亿盛维合成材料有限公司产；ES纤维：规格1.8 dtex×6 mm，太原源翔国际贸易有限公司产；涤纶浆粕：规格为2 mm，常州九兆洋化纤有限公司产。

1.2主要设备及仪器

BB331-A间歇式研磨杯：佛山市顺德区任发电器实业有限公司制；湿法成网设备：南通大学制；TDY71-45A塑料制品液压机：天津市天锻液压有限公司制；YG(B)141D数字式织物厚度仪、YG(B)461E数字式透气性能测定仪、YT020土工布透水性测定仪：温州大荣纺织仪器有限公司制；YG065电子织物强力机：莱州市电子仪器有限公司制。

1.3实验方法

将涤纶和ES纤维切成所需长度规格，根据实验方案的纤维原料配比要求称取定量的涤纶、ES纤维以及涤纶浆粕，将涤纶浆粕浸泡于水中并用间歇式研磨机进行研磨打浆1 min，再加入ES纤维和涤纶搅拌至均匀混合。将混合浆注入湿法成网装备，使用挤压板上下震荡后，纤维在水压作用下在成形网上成网，脱水后从成形网上取下。将试样置于135 ℃的烘箱中干燥1 h，排除残余水分并实现初步热粘合。使用TDY71- 45A液压机进行热轧，压力为8 MPa，最后再按照设定的温度与时间对材料进行热轧，纤网结构变得紧密，并具有一定的硬挺度，可用作液体过滤材料[8]。将材料面密度设计在100 g/m2左右，以涤纶含量(A)、热轧温度(B)、热轧时间(C)为因素进行正交实验。其正交实验设计方案见表1、表2。

表1 正交实验因素水平表Tab.1 Orthoganol experimental factor level

表2 正交实验设计方案表Tab.2 Orthoganal experimental factor design

1.4分析测试

厚度：采用FZ/T 60004—1991标准，将织物放置在数字式织物厚度仪水平板上，在规定时间内，两水平基准板间的距离为所测材料的厚度。

面密度：根据GB/T 24218.1—2012标准进行测试，裁取规定尺寸试样，称其质量，折合成每平方米的质量，即面密度。

断裂强力：根据GB/T 3923.1—2013标准在织物强力机上按规定设置隔距和拉伸速度，用上下夹持器将裁剪好的试样平行固定，待试样被拉伸至断裂，记录数据。

透气性：根据GB/T 5453—1997标准，在规定的压差下测定透气率。

透水性：根据GB/T 15789—2016标准，剪取试样11 cm×11 cm，每个试样剪切取3个，设定时间为20 s，按照试样透水性测定标准，在一定压差作用下，一定时间内垂直透过单层织物的水流量。

过滤效率：采用粉煤灰作为过滤介质，以常温下的清洁水为过滤溶剂，取0.6 g粉煤灰，置于800 mL水中，搅拌均匀，再倒入自制的设备中，进行过滤，过滤面积为直径10 cm的圆，记录过滤前后试样质量，并利用显微镜测量滤后液体中煤灰粒子的粒径及其粒径分布。

孔隙率：通过测定各试样的平均厚度，计算出各试样的体积，称量各试样的质量，再根据孔隙率计算公式得到各试样的孔隙率值。

2 结果与讨论

2.1厚度和面密度

对于湿法非织造材料，良好的均匀性对产品使用效果的影响十分重要。非织造材料的均匀性与面密度、厚度、透气性有关[9]，均匀性以各项指标的变异系数(CV)来衡量。由表3、表4可以看出，4#试样的厚度变异系数(CVh)和面密度的变异系数(CVm)较低，说明该试样的均匀性最好；6#试样厚度和面密度的CV都较大。这是由于热轧时间较短，导致纤维粘结不均匀，6#试样的均匀性较差；CVh的极差(R)最大值为0.103(B因素)，R最小为0.021，CVm的R最大值为0.047(A因素)，R最小为0.012。因此热轧温度、涤纶含量分别是影响CVh和CVm最大的因素。

表3 厚度和面密度的CV实验结果Tab.3 CV experimental results of thickness and surface density

表4 试样的CVh和CVm的R分析Tab.4 R analysis of CVh and CVm of samples

由于实验采用自制湿法成网微型设备，相对实际生产线设备更便于实验研究及节约成本，但过程中成形网成网时可能存在气泡等，这些不确定因素影响了试样的厚度和面密度。试样经过热轧之后纤网变得较为平整，在热轧后厚度差异较大则表明试样的均匀性差，故厚度比面密度对纤网的均匀性影响大。因此涤纶质量分数为70%，热轧温度135 ℃，热轧时间4 min时，试样均匀性最好。

2.2断裂强力

由表5可看出，因素B的R最大，因素C的R最小，说明热轧温度对试样强力的影响最大，热轧时间对试样强力的影响最小。这是由于热轧温度越高，纤网中的热熔纤维熔融越充分，纤网中粘结点越多，试样强力越大。由表5还可看出，当涤纶质量分数为80%，热轧温度为165 ℃，热轧时间为4 min时，试样强力最大，为258.0 N。

表5 试样的断裂强力实验结果Tab.5 Experimental results of breaking strength of samples

由表5还可以看出，试样的断裂强力都大于96 N，满足液体过滤材料基本强力要求。

2.3透气性

由表6可看出，因素B的R最大，因素C的R最小，说明热轧温度对纤网透气性影响最大，热轧时间对纤网透气性影响最小。

表6 试样的透气性实验结果Tab.6 Experimental result of permeability of samples

这是因为随着热轧温度增加，纤网中的热熔纤维的熔融越充分，纤维之间粘结点变多，试样透气性降低。由表6可以看出，当涤纶质量分数为70%，热轧温度位135 ℃，热轧时间为4 min时，试样透气性最好，试样透气率达到530.20 mm/s；另外，9个试样的透气率平均达到409.21 mm/s，说明试样整体透气性良好。

2.4透水性

由表7可以看出，当水压增加，试样透水量逐渐变大。6#试样在压差小于等于900 Pa时，相对于其他试样，在相同条件下透水量最大，即透水性最好；当压差大于等于1 100 Pa时，5#试样透水性最好，7#试样透水性差，这是因为7#试样成网时可能含有气泡,导致成网不均匀而影响其透水性。

表7 试样的透水性能Tab.7 Permeability performance of samples

2.5过滤性

采用粉煤灰作为过滤介质，煤灰粒子的粒径主要分布在2～5 μm，其平均粒径为3.56 μm。试样过滤后粉煤灰的粒径分布见表8。

表8 不同试样过滤后粉煤灰的粒径分布Tab.8 Particle size distribution of fly ash after sample filtration

由表8可以看出，2#，4#，5#，6#试样对粒径大于等于5 μm粉煤灰的过滤效率为100%，其中2#试样对粒径大于等于4 μm的过滤效率为98%，粒径大于等于3 μm的过滤效率为91%，过滤效率最好。这是因为热轧温度越高，热轧时间越长，纤维间粘结点越多，纤网越紧实，孔隙率下降，试样过滤效率下降，所以当涤纶质量分数为60%，热轧温度为150 ℃，热轧时间为4 min时，试样的过滤性能最好。

由表9可以看出，当涤纶质量分数为60%，热轧温度为150 ℃，热轧时间为4 min，试样的过滤效率最高为91.9%，过滤精度为4 μm，有效孔径(O95)最小为3 μm，综合性能最好。9种试样都能达到对粒径大于等于5 μm的过滤精度，有效孔径(O95)均小于等于5 μm。

表9 试样的过滤综合性能Tab.9 Comprehensive filtration performance of samples

3 结论

a. 热轧温度和涤纶含量分别对试样的厚度和面密度的均匀性影响最大。

b. 涤纶质量分数为80%，热轧温度165 ℃，热轧时间4 min时，试样强力最高为258.0 N，所有试样强力较好，满足液体过滤材料基本强力要求；当涤纶质量分数为60%，热轧温度为150 ℃，热轧时间为4 min，其过滤精度为4 μm，有效孔径(O95)最小为3 μm，过滤效率最好达91.9%。

c. 实验所制备的湿法液体过滤试样都能满足液体过滤材料相关性能要求，适合作为常温、中性液体过滤材料。

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Developmentandperformanceofwet-laidpolyesterliquidfiltrationmaterial

Zhang Xu, Wang Luying, Li Suying, Zhu Mengling, Ma Dandan

(SchoolofTextileandClothing,NantongUniversity,Nantong226019)

A liquid filtration material was prepared by using polyester fiber, polyethylene/polypropylene bicomponent fiber (ES fiber) and PET fiber pulp as raw material by wet-laid and hot rolling processes. The orthogonal experiment was designed using polyester fiber content, hot rolling temperature and time as the factors. The effects of the factors on the properties of the filtration material were studied at the surface density of 100 g/m2or so. The results showed that the hot rolling temperature and polyester fiber content gave the greatest effect on the thickness and surface density evenness of the filtration material; the hot rolling temperature gave the greatest effect on the strength of the filtration material and the hot rolling time gave the least effect; the strength of the filtration material was maximized as 258.0 N as the polyester fiber content was 80% by mass fraction, the hot rolling temperature 165 ℃ and time 4 min; the strength of all the samples satisfied the requirement of liquid filtration material; and the filtration efficiency of the filtration material was maximized as 91.9%, the filtration precision was 4 μm, and the effective aperture O95 was minimized as 3 μm as the mass fraction of polyester fiber was 60%, the hot rolling temperature 150 ℃ and time 4 min; and all the nine samples had the filtration precision for particle size not less than 5 μm and effective aperture O95 not higher than 5 μm.

polyethyelene terephthalate fiber; polyethylene/polypropylene bicomponent fiber; wet-laid; hot rolling; liquid filtration; non-woven fabric; orthogonal experiment; properties

2017- 06-15；修改稿收到日期2017- 08-29。

张旭(1991—)，男，硕士研究生，主要研究方向为非织造材料的研究与开发。E-mail：405322700@qq.com。

南通大学纺织服装学院研究生自主创新项目(FZ201603)，国家级创新创业训练计划项目经费(201610304028Z)。

* 通讯联系人。E-mail：lisy@ntu.edu.cn。

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1001- 0041(2017)05- 0012- 04