芳纶1414针刺非织造滤材的制备及性能研究.pdf

合成纤维工业，2023,46(1):30CHINA SYNTHETIC FIBER INDUSTRY研究与开发芳纶1414针刺非织造滤材的制备及性能研究赵博(中原工学院，河南郑州450007)摘 要：以芳纶1414为原料制得芳纶1414针刺非织造滤材，研究了芳纶1414针刺非织造滤材的性能。结 果表明:芳纶1414针刺非织造滤材的力学性能、尺寸稳定性能、抗静电性能、阻燃性能、空气过滤性能等都与 其面密度和厚度有一定关系;随着面密度增大，芳纶1414针刺非织造滤材的断裂强度增大,断裂伸长率减 小,顶破强力增大，受热后尺寸稳定性提高，耐老化性能提高，抗静电性能降低，阻燃性能降低,空气过滤效率 提高;芳纶1414针刺非织造滤材过滤性能优良,在高温烟气环境领域有广泛的应用前景。关键词：芳纶1414针刺非织造滤材力学性能过滤性能中图分类号:TQ342+.722 文献标识码:A 文章编号：1001-0041(2023)01-0030-04近年来，利用袋式除尘器控制微细高温烟气 烟尘备受关注UT。袋式除尘器是一种干式滤尘 装置，适用于捕集细小、干燥、非纤维性粉尘，其核 心部件为滤袋，滤袋的材质直接决定了袋式除尘 器的各项性能。袋式除尘器滤袋的常用材质有涤纶、丙纶、锦 纶等，但是涤纶、丙纶、锦纶等纤维加工织造的滤 材仅适合用作常温过滤材料,不适合高温环境下 使用卩句。芳纶1414是一种高性能纤维,具有高 强高模，耐高温,低热收缩等特性,其断裂强度为 194-221 c N/d t ex,初始模量为 4 634 8 650 c N/d t ex,玻璃化转变温度为345弋左右，能承受500 弋的高温而不分解，且不易燃烧，具有自熄 性7-8。因此，若是以芳纶1414为原料制备袋式 除尘器滤袋用于高温烟气环境领域，则能赋予滤 袋优异的力学性能和耐高温性能。根据加工方式,袋式除尘器滤袋可采用机织、非织造和复合3种方式，其中在气体过滤领域,针 刺非织造应用较为广泛，占比70%左右。针刺 非织造布是一种干法非织造布，它通过将短纤维 开松、梳理、铺成纤维网，再用刺针加固纤维网并 适当进行热压处理,从而使纤维互相缠结抱合,达 到加固的结果,具有工艺流程短、生产速度快、产 量高、成本低、用途广泛等特点少一0作者以芳纶1414为原料制得芳纶1414针刺 非织造滤材,并研究了芳纶1414非织造滤材的性 能，以期为耐高温芳纶1414非织造滤材的开发提 供参考。1实验1.1原料芳纶1414：规格1.44 d t exx50 mm,断裂强力 17.65 c N/d t ex,断裂伸长率 7.60%,密度 1.38 g/c m?,美国杜邦公司产。1.2仪器与设备VHX-600超景深三维显微镜：日本基恩士公 司制;LFY-207自动织物硬挺度测试仪:山东省纺 织科学研究院制;Q-LAB紫外老化试验机:美国 Q-LAB公司制;FA2004型电子天平:瑞士梅特勒 托利多公司制；YG341N摩擦式织物静电测试仪:宁波大禾仪器有限公司制;LFY-601垂直法织物 阻燃性能测试仪:山东省纺织科学研究院制；TSI-8130A自动过滤测试仪:美国TSI公司制;YG065-250多功能电子织物强力仪:上海精密仪器仪表 有限公司制;八篮恒温烘箱：温州市大荣纺织仪 器有限公司制；WL-GZ-A-800型针刺机:太仓市 双凤非织造布设备有限公司制。1.3芳纶1414针剌非织造滤材的制备芳纶1414针刺非织造滤材的制备工艺流程 依次为开松、混合、梳理、交叉铺网、预针刺、主针 刺、热压成毡。开松的作用是松解纤维，使大块的 纠结纤维块分解为束状，同时除去纤维中的杂质;收稿日期：2022-01-15；修改稿收到日期：2022-02-12o作者简介:赵博(1966-),男，副教授,研究方向是新材料、新技术和新工艺等。E-ma il:zh a o bo h en a n 163.c o m0基金项目：河南省高等学校重点科研项目(16A540009)；2016年河南省自然科学基金资助项目一面上项目(162300410343)0 第1期赵 博芳纶1414针刺非织造滤材的制备及性能研究31梳理的作用是使纤维束变为单根纤维,并进一步 除杂、均匀混合;铺网的作用是将单层纤网铺叠成 多层单纤维网;预针刺的作用是通过刺针对蓬松 度高且纤网中纤维间抱合力小的纤网从上向下进 行穿刺;主针刺的作用是对预针刺的纤网进行反 面针刺，将纤网背面的纤维带入纤网内部，增加纤 维间的缠结,提高纤网的强力，使产品表面变得平 整光滑。在针刺密度150 Wo r n2条件下制得面 密度分别为420,500,570 g/m2的芳纶1414针刺 非织造滤材,并分别标记为广,2#,3*试样。1.4分析与测试表面形貌:在室温条件下，采用三维电子显微 镜观察试样的纤维排列和微观形态结构,放大倍 数为500倍。面密度:采用电子分析天平准确称取滤材试 样的质量并计算其面密度,每个试样测试30次取 平均值。厚度:采用厚度仪沿对角线方向测试试样厚 度，厚度仪压盘自重50 g,每次压盘停留时间 30 s,每个试样测试30次取平均值。力学性能:按照GB/T 3923.12013（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），采用电子织物强力仪测试试 样的断裂强力和断裂伸长率，夹持距离为200 mm,拉伸速率为100 mm/min；按照 GB/T 199762005纺织品顶破强力的测定（钢球 法），采用电子织物强力仪测试试样的顶破强 力，顶破速率为100 mm/min0尺寸稳定性：首先将试样裁剪成10 c mx 10 c m,并用笔标出经纬向，然后将试样置入 150弋烘箱内，经过8 h加热处理后取出用尺子 测量其受热后的尺寸。耐热老化性能:首先将试样裁剪成50 mmx 250 mm,然后置入紫外老化试验机,在温度180 CC、光照0.68 W/m2的条件下,分别老化48,72,96 h后，取出进行径向断裂强度测试。空气过滤性能:首先将试样剪裁成15 c mx 15 c m,然后采用自动过滤测试仪测试，空气流量 为 26 L/mino抗静电性能:按照GB/T 12703.12021（纺 织品静电性能试验方法第1部分:电晕充电法，首先将试样裁剪成45 mmx45 mm,然后采用感应 式织物静电测试仪测试，放电电压为10 k V,转速 为1 500 r/min,测试时间为30 s。阻燃性能：首先将试样剪裁成300 mmx 80 mm,然后用夹具将试样固定在垂直法织物阻 燃性能测试仪上,将火焰高度调整到（402）mm,当试样被点燃12 s后，自动火焰装置自动退出，记录试样的持续燃烧时间、损坏长度。2结果与讨论2.1微观形态结构从图1可以看出，芳纶1414针刺非织造滤材 试样中纤维呈现无序的三维排列,纤维间孔隙较 多,纤维呈现蓬松的状态；纤维直径都相对较小,纤维比表面积较大,这对一些细小的烟尘微粒有 更好的吸附作用,适合用作过滤材料。a.L试样 h.廿试样=3*试样图1 芳纶1414针刺非织造滤材的三维显微镜照片Fig.1 Th r ee d imen sio n a l mic r o g r a ph s o a r a mid 1414 n eed le-pun c h ed n o n wo ven filt er ma t er ia l2.2厚度与面密度从表1可以看出，芳纶1414针刺非织造滤材 的厚度与面密度之间呈现正相关关系，随着芳纶 1414针刺法非织造滤材的厚度增大，滤材中的纤 维根数增加，纤维之间缠结更加紧密，加工成的滤 材厚度更均匀，材料的厚度不匀率更小。表1芳纶1414针刺非织造滤材的厚度与面密度 Tab.1 Thickness and surface density of aramid 1414 needle-punched nonwoven filter material试样厚度/mm厚度变异 系数/%面密度/(g-m-2)面密度变异 系数/%1#2.581.92420.41.282#2.781.56500.71.133#3.261.20569.60.862.3力学性能由表2可知:芳纶1414针刺非织造滤材的断 裂强度从大到小依次为321#试样，这是因为 随着芳纶1414针刺非织造滤材的面密度和厚度 逐渐增大,其纤维根数不断增加,抱合力增大，纤 维之间插接和缠结较紧密,纤维之间不易发生滑 移,因此断裂强度增大;3种芳纶1414针刺非织 造滤材断裂伸长率从大到小依次为123#试 样，这是因为随着面密度的增大，纤维间的缠结更 32合成纤维工业2023年第46卷加紧密，拉伸直至断裂时所需要拉断的纤维根数 也越多，缠结越密集,相对滑移的能力变差,断裂 伸长也越大;3种芳纶1414针刺非织造滤材试样 的径向断裂强度明显大于纬向，这是因为纤维网 沿着径向排列，径向断裂强力由大部分纤维提供,而纬向断裂强力依靠的是纤维之间的缠结力，所 以径向断裂强度较大。表2芳纶1414针刺非织造滤材的断裂强度Tab.2 Breaking strength of aramid 1414 needle-punched nonwoven filter material试样断裂伸长率/%断裂强度/(N mm-1)径向纬向径向纬向1#122.7108.810.768.232#109.872.915.8912.653#88.459.819.9816.98由表3可知,3种芳纶1414针刺非织造布滤 材的顶破强力及顶破强度从大到小依次为32 广试样，原因是当厚度和面密度逐渐增大时，纤维 间的排列更加紧密,交错穿插和缠结更加完全，单 个缠结点上产生联结作用的纤维越多,顶破时不 易受到力的作用而产生移动，因此顶破所需要用 的力也越大，所以滤材的厚度和面密度越大，顶破 强力也越大。表3芳纶1414针刺非织造滤材的顶破强度Tab.3 Bursting strength of aramid 1414 needle-punched nonwoven filter material试样顶破强力/N顶破强度/(N m2)1#687.341.42#834.972.83#1 19&6101.22.42.4尺寸稳定性由表4可知：3种芳纶1414针刺非织造滤材 试样在温度低于180兀时尺寸不发生变化;在温 度达到210弋后，广、2#试样轻微收缩,而萨试样 不发生变化，这说明芳纶1414针刺法非织造滤材 的尺寸稳定性较好,用作高温烟气过滤产品时效 果很好。表4芳纶1414针刺非织造滤材的尺寸稳定性Tab.4 Dimensional stability of aramid 1414 needle-punched nonwoven filter material 试样原婷尺寸(径 受热后尺寸(径向/纬向)/c m向/纬向)/c m i80t(8h)190 t(8 h)210 t(8 h)10.00/10.00 10.00/10.00 9.99/10.00 9.97/9.982*10.00/10.00 10.00/10.00 10.00/9.99 10.00/9.98 3*10.00/10.00 10.00/10.00 10.00/10.00 10.00/10.002.5耐老化性能从表5可以看出：热老化48 h,3种芳纶1414 针刺非织造滤材试样径向断裂强度几乎没有变 化;热老化72,96 h后,试样径向断裂强度略有下 降，且面密度越大,下降幅度越小,这是因为针刺 非织造滤材的原料芳纶1414耐老化性能较好的 缘故。芳纶1414针刺非织造滤材耐老化性能好,适合用于环境恶劣领域。表5芳纶1414针刺非织造滤材的耐热老化性能Tab.5 Heat aging resistance of aramid 1414 needle-punched nonwoven filter material试样原始径向断裂 强度/(N-mm-1)热老化后径向断裂强度/(N mm-1)48 h72 h96 h1