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常温空气滤料生产工艺的研究进展(2)
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摘要:在针刺的过程中, 使用叉形针并选择合适的刺针的叉口与倒钩的深度。表1 为针刺非织造布与普通过滤材料效率对比。从表1 中数据可以看出,复合针刺非织
在针刺的过程中, 使用叉形针并选择合适的刺针的叉口与倒钩的深度。表1 为针刺非织造布与普通过滤材料效率对比。从表1 中数据可以看出,复合针刺非织造布过滤效率吸尘器的滤芯属于粗效过滤,其过滤效率远远大于比普通过滤材料,容尘量和使用寿命大大提高,这种非织造布可以有效地保护吸尘器的主体部分,提高使用寿命。
水刺法与针刺法工艺类似,但针刺法使用数千枚针穿刺使纤维缠绕,而水刺是利用高压水柱高速冲击纤网,将部分纤维开裂成更细纤维,增加纤维的缠绕程度,见图 9,从而达到将纤网加固的目的[14-15]。
图9 水刺中纤维缠绕示意图
表1 针刺非织造布与普通过滤材料效率对比试样 风速/(L·min-1)初阻力/Pa过滤效率/%分组粒径0.3 μm 分组粒径0.5 μm 分组粒径1.0 μm 分组粒径3.0 μm 分组粒径5.0 μm 分组粒径10 μm复合型针刺非织造布 2.83 9 23.95 29.07 38.76 66.78 87.48 100海绵 2.83 2.5 6.1 7.1 11.94 21.67 27.6 66.7
张恒[16]等通过水刺工艺对PET-PA 橘瓣型双组分材料进行开纤处理,获得超细纤维非织造材料。研究结果发现,水刺技术可以很好地将中空橘瓣型双组分纤维开裂成细纤维,见图10。
图10 PET-PA6 开裂后纤维截面
纤维在非织造材料表面相互缠结,从而形成过滤效率更高的过滤层;在气流速度为3.57 m·min-1情况下,试样对颗粒尺寸为2.05 μm的邻苯二甲酸二辛酯(DOP)气溶胶颗粒具有较好的过滤性能,见图11。
图11 不同厚度的过滤效率和阻力
针刺/水刺工艺的过滤材料种类繁多,根据选择纤维性能的不同,可生产出适合不同温度环境工况、运用于不同行业的过滤材料。目前使用针刺/水刺工艺过滤最广泛的是耐高温行业,如水泥、钢铁、电气等尾气处理,常温滤料中主要运用在汽车过滤器、空气过滤器、吸尘器等的粗过滤,或者是过滤体系中的前道过滤。
3 纺粘/熔喷工艺
纺粘法与熔喷法都是生产无纺布过滤材料的工艺,两种工艺各有利弊,一般都是根据对性能要求的不同选择合适的工艺。纺粘法是指将挤压、拉伸成型的聚合物长丝铺设成网,再经过不同的方式粘合,或者机械加固方法将纤维网变成滤料,见图12。熔喷法是将高温高速喷吹出的熔体超细纤维凝聚在支撑体上形成纤维网,然后粘合加固形成非织造布的生产工艺[17],见图13。
图12 纺粘法示意图
图13 熔喷法示意图
随着技术的发展,对滤料性能要求越来越高,很多在熔喷/纺粘基础工艺的进行的优化工艺越来越成熟。欧璐[18]等先将二氧化硅和聚丙烯按照一定的比率进行混合,制备出复合材料,通过螺杆挤出装置进行熔融,喷丝,熔融丝通过牵引生成纤维,在支撑面上铺网,最后通过粘合形成滤料,其微观结构见图14。结果发现加入二氧化硅气凝胶后的过滤材料的过滤效率提高约了1.5 倍,其过滤阻力变化不大,见图15。
从图14、图15 中可以发现,加入二氧化硅气凝胶后,滤网微观结构变得更疏松,胶粒穿过纤维网层数更多,需要过滤的颗粒在滤网中做布朗运动时被撞击的几率增大;而且一部分复合在外表面的二氧化硅气凝胶比表面积较大,吸附性能较强,能更好地通过静电效应吸附粒子,因此加入二氧化硅气凝胶的非织造滤料的过滤性能更佳。但同时发现,由于二氧化硅气凝胶添加过量后,纤维网的直径变粗,孔隙率增大,粒子受到的拦截阻力变小,过滤效率反而有下降趋势。依循高效低阻的原则,当二氧化硅气凝胶/聚丙烯的质量配比为2∶100 时,熔喷非织造滤料的性能最佳。
图14 不同配比的材料的SEM 图
图 15 不同配比材料的过滤效率及阻力曲线
将纺粘、熔喷工艺或者纺粘、双组分熔喷工艺通过复合而制成品工艺技术近年来也得到了很大的发展。李亚兵[19]等采用皮芯型双组分聚酯/聚烯烃纺粘和熔喷复合的工艺,用单螺杆挤出机挤出PE,用于 PP 和 PET 挤出的同向双螺杆挤出机挤出PP和PET,采用长径比为 4∶1 的 3.5 m 矩形喷丝板、双侧吹风的冷却、正压宽幅狭缝气流牵伸的热风粘合生产系统,采用创新型的在线翻网复合技术,制成了面密度为 60 g·m-2的 PE/PP 皮芯双组分SMS 复合材料。表征数据表明,过滤效率比单组分非织造复合材料提高了约 20%,纵横向柔软度均提升了10%左右。
熔喷/纺粘工艺生产的过滤材料由纤维相和孔隙相所构成的集合体,原材料选择广泛、加工工艺简单及成本低,用作过滤材料时具有很多优点,不仅效率高且阻力低,而且能源损耗低[20],是一种性能较好的常温空气过滤材料。
文章来源:《世界复合医学》 网址: http://www.sjfhyx.cn/qikandaodu/2021/0510/1271.html