PTFE短纖維性能與梳理工藝淺析

陳錫勇 陶建勤 李淑芳

(常州紡織服裝職業技術學院，常州，213164)

PTFE短纖維性能與梳理工藝淺析

陳錫勇 陶建勤 李淑芳

(常州紡織服裝職業技術學院，常州，213164)

介紹了PTFE纖維的物理化學性能和PTFE短纖維針刺氈優于其他過濾材料的性能，PTFE針刺氈作為在高溫和腐蝕環境下使用的過濾材料其應用前景廣闊。針對PTFE短纖維本身具有的密度大、靜電現象嚴重和摩擦系數低等特性，指出了在梳理加工工藝及設備配置方面應注意的要點。

PTFE短纖維，PTFE針刺氈，過濾材料，性能，加工工藝，設備

1 PTFE短纖維的性能介紹

PTFE化學名稱聚四氟乙烯，是一種物理和化學性能極為優異的高分子聚合物，其分子結構單元為。PTFE的相對分子質量較大，自數十萬至1 000萬以上，一般為數百萬;結晶度一般為90% ～95%。由于氟原子的強極性，使得聚合物表現出極其穩定的物理化學性能。例如:耐高溫，長期使用溫度為200～260℃，熔融溫度為327～342℃;耐低溫，在－100℃的溫度下仍然柔軟;耐腐蝕，能耐王水和一切有機溶劑;耐氣候性，在塑料中具有最佳的耐老化性能;高潤滑性，在塑料中具有最小的摩擦系數(表1);不粘性，在固體材料中具有最小的表面張力而不粘附任何物質;無毒害性，具有生理惰性;有優異的電氣性能，是理想的C級絕緣材料。

目前PTFE短纖維多采用成膜后割裂法加工制得，短纖維截面為扁平狀不規則結構，比表面積大。PTFE纖維的密度為2.3 g/cm3，較其他纖維的密度大，故其常規3.8 dtex左右的纖維平均直徑在0.014 mm 左右，與常規 2.2 dtex聚酯(PET)纖維直徑接近。由于采用割裂法加工，制成纖維的線密度存在一定的分布范圍，有利于PTEF纖維在過濾材料方面的應用。

表1 各種高分子聚合物的表面摩擦系數比較

2 PTFE針刺氈應用在過濾材料方面的優勢

由于PTFE纖維表面摩擦系數極低，由此加工得到的針刺氈濾阻小，容易清灰除塵;同時，由于PTFE纖維的異形截面結構可有效地增加過濾面積。以上優異的特性決定了PTFE針刺氈在高溫氣體過濾領域，特別是在高溫、高濕、酸堿腐蝕性環境下的高溫氣體過濾領域有廣闊的應用前景。采用PTFE短纖維并以針刺加工工藝制成的針刺氈無疑是特種過濾材料的最佳選擇。

PTFE纖維過濾材料的主要優點有:① 優異的耐酸堿性和耐水解性;② 極好的耐高溫性和阻燃性，耐溫可達到260℃以上;③ 過濾性能和清灰效果好;④ 良好的抗氧化性，濾阻低。常用過濾材料的性能比較列于表2。

表2 常用過濾材料的性能比較

3 PTFE針刺氈的加工工藝

PTFE針刺氈的加工流程:

纖維(經預處理)→開包→混棉→喂棉→梳理→鋪網→針刺→針刺氈

PTFE針刺氈加工的主要過程包括:

(1)對PTFE短纖維添加抗靜電劑，進行預處理，將混有抗靜電劑的PTFE短纖維置于接地良好的金屬箱體內，靜置一段時間;

(2)經預處理的PTFE短纖維用開包機稱重后喂入混棉箱，并且可按比例混入其他短纖維或不同廠家生產的PTFE短纖維;

(3)采用機械轉移方式將混棉箱中的短纖維輸入喂棉箱，經皮帶稱重裝置定量喂入梳理機，經梳理機梳理形成纖網;

(4)纖網經鋪網后形成一定面密度和幅寬的纖網層，經針刺后制成針刺氈。

采用PTFE短纖維通過針刺工藝制成的耐高溫針刺氈過濾材料，可再進行化學處理，以進一步提高其物理化學性能，該產品是一種新型的高性能耐高溫針刺氈過濾材料。

4 PTFE針刺氈加工過程中的難點

雖然PTFE針刺氈具有前述眾多優點，但在加工PTFE短纖維時(如梳理成網過程)卻存在一定困難。主要原因在于PTFE纖維的特性，如纖維幾乎無卷曲、表面光滑、靜電現象嚴重、密度大。特別是纖維靜電的影響很大，因為在加工過程中PTFE纖維易產生靜電，容易出現斷網、粘毛、結塊等現象，造成梳理困難、纖網破洞、針布纏毛、出現毛粒等，纖維在梳理和鋪網時轉移困難，所以PTFE針刺氈生產制造的難度很大，特別是100%PTFE纖維的針刺氈其加工難度更大。

4.1 靜電的影響

由于外力作用使電子脫離原子，引起該原子質子過剩而帶上正電荷;如果電子依附于其他原子，使其擁有過多的電子，從而帶上負電荷，這就導致了靜電的產生。產生靜電的原因包括摩擦、感應、傳導，其中最常見的原因是摩擦。

對于靜電現象，關鍵通常不是電荷的極性，而是電荷量的大小。每一個微量的電荷都會累加起來，從而產生很高的靜電電壓(電池效應)。任何摩擦(包括擠壓和分離)發生時帶來的外力都會直接影響產生的電荷量，輸入的能量越高，產生的電荷就越多。物體的類型將極大地影響所產生的電荷和極性，根據物體所擁有的不同電子結合強度，對得失電子的能力進行排序，稱其為摩擦帶電序列(圖1)。由于氟原子極性強，吸附電子的能力極大，所以極容易吸附聚集電荷。在PTFE短纖維加工中靜電是造成纖維結團、繞輥、毛粒及破洞等現象的直接原因，不利于纖維的分梳與成網。

圖1 摩擦帶電序列

影響靜電產生的因素包括材質、相對濕度、摩擦頻率和接觸面積等。在PTFE針刺氈生產中可以控制的條件包括相對濕度、摩擦頻率和接觸面積，其中相對濕度屬于環境因素，而摩擦頻率、接觸面積是工藝控制及設備選型方面所主要考慮的因素。以下是根據PTFE針刺氈生產實踐，在加工過程中采用的消除和降低靜電影響的方法。

4.1.1 使用有效的抗靜電劑

選擇一種合適的抗靜電劑或油劑很重要。一方面抗靜電劑可以有效地實現電荷的轉移和逸散，避免積累在PTFE纖維表面，降低靜電帶來的危害;另一方面是用適當的油劑可以在PTFE纖維表面形成保護膜，減少PTFE纖維在梳理過程中與空氣的接觸，從而降低電荷的積累。采用一定量的油劑還可以借助分子間的作用提高PTFE纖維成網的性能。

4.1.2 設備接地

在生產過程中做好設備的接地非常必要。纖維積累的電荷除一部分依靠提高環境濕度向空氣轉移逸散外，大部分電荷的轉移是依靠良好的接地向大地釋放。

4.1.3 采用合理的生產工藝

在PTFE短纖維加工過程中，降低纖維的轉移速度、減少纖維與設備及空氣的接觸面積可以從根本上控制PTFE纖維的靜電積累，因此PTFE短纖維可采用低速分梳、強效分梳的梳理工藝。具體措施是:在梳理機針布配置上采用高密、矮齒針布，PTFE短纖維梳理機的針布密度要高于其他常規非織造布生產所采用的針布密度;提高針布針齒的橫向、縱向比，以增加針齒對纖維的分梳力度，有利于纖維的梳理轉移。

4.1.4 控制環境濕度

環境的濕度對PTFE短纖維的連續穩定加工同樣很重要。特別是在梳理機附近，由于溫濕度的變化可使纖網質量發生變化，影響產品品質的穩定性，對此可采取局部加濕的方法提高空氣的濕度。

4.2 纖維密度的影響

因為PTFE纖維的密度大，在生產中纖維的轉移不宜采用氣流輸送方式。常規的氣流輸送會造成已經開松的纖維在氣流的帶動下再次堆積，造成無效開松，而且氣流還會增加纖維與空氣的摩擦，造成電荷積累，所以在加工PTFE短纖維時宜采用機械轉移方式，并減少纖網的牽伸，保持纖網平緩順暢的轉移。

5 結語

采用PTFE短纖維或其與其他短纖維混合生產的針刺氈過濾材料，充分利用了針刺非織造布無定向三維立體結構的優勢，針刺氈內部孔隙呈曲折路徑、孔徑小、孔隙率高，結合PTFE纖維自身耐高溫、表面光滑、耐化學腐蝕等特性，制得的過濾材料阻力小，透氣性能好，除塵效率高于普通過濾材料，過濾速度比普通過濾材料提高一倍以上。PTFE針刺氈經定型、燒毛、壓光或其他化學處理等，可以進一步提高其物理化學性能，使表面光整平滑，不易被粉塵所堵塞，化學穩定性好，具有耐高溫、耐高濕、耐腐蝕、耐磨損、過濾精度高、易清灰等優點。PTFE針刺氈過濾材料適合于燃煤發電、水泥、垃圾焚燒、鋼鐵、冶金、耐火材料以及化工等行業的工業高溫煙氣過濾，是一種非常理想的耐高溫過濾材料。隨著生產工藝的進一步完善和發展，未來PTFE針刺氈的應用領域將十分廣闊。

Brief analysis on PTFE staple performance and carding technique

Chen Xiyong，Tao Jianqin and Li Shufang
(Changzhou Textile Garment Special Technology College)

The mechanical and chemical performances of PTFE fiber and the PTFE fiber needle-punched felt property which be better than that of other filter media were presented.The application of PTFE needlepunched felt used under the condition of high temperature and corrosion resistance would be expanded.Due to PTFE fiber with properties of high density and serious electrostatics effect as well as low friction factor，the keys on process of carding and equipment installation were pointed out in the paper.

PTFE staple，PTFE needle-punched felt，filter media，performance，processing technique，equipment

TQ342.711;TS174.22

A

1004－7093(2010)09－0034－03

2010－09－07

陳錫勇，男，1956年生，副教授。主要從事紡織與非織造新材料和新技術的研究。