滌綸濕法成網過濾材料的開發與性能研究

張 旭，王露瑩，李素英，朱夢玲，馬丹丹

(南通大學 紡織服裝學院，江蘇 南通 226019)

滌綸濕法成網過濾材料的開發與性能研究

張 旭，王露瑩，李素英*，朱夢玲，馬丹丹

(南通大學 紡織服裝學院，江蘇 南通226019)

以滌綸、聚乙烯/聚丙烯并列復合纖維(ES纖維)及滌綸漿粕為原料，采用濕法成網、熱軋加固工藝制備液體過濾材料，以滌綸含量、熱軋溫度、熱軋時間為因素設計正交實驗方案，設定材料面密度為100 g/m2左右，研究了各因素對過濾材料性能的影響。結果表明：熱軋溫度和滌綸含量分別對過濾材料的厚度和面密度的均勻性影響最大；熱軋溫度對過濾材料的強力影響最大，熱軋時間影響最小，當滌綸質量分數為80%，熱軋溫度為165 ℃，熱軋時間為4 min時，所制得的過濾材料的強力最大為258.0 N，所有過濾材料試樣的強力均能滿足對液體過濾材料的強力要求；當滌綸質量分數為60%，熱軋溫度為150 ℃，熱軋時間為4 min，過濾材料的過濾效率最高為91.9%，過濾精度為4 μm，有效孔徑O95最小為3 μm。9種試樣都能達到對粒徑大于等于5 μm的過濾精度，有效孔徑O95均小于等于5 μm。

聚對苯二甲酸乙二醇酯纖維 聚乙烯/聚丙烯并列復合纖維 濕法 熱軋 液體過濾 非織造布正交實驗 性能

由于全球水資源短缺及水污染加劇[1]，人們經常需要對水進行固液分離處理。固液分離是一種從液相中除去固體的重要單元操作，過濾與分離是現有的傳統固液分離技術中關鍵的一步[2-3]，其技術水平的高低直接影響到實現工業化規模生產的可能性和經濟性。

非織造材料加工方法比傳統的針織物和機織物簡便，過濾效率高，目前已經大量取代傳統的紡織濾材和紙質濾材，并在輕工、紡織、制藥、電子、食品等領域有了廣泛的應用[4-6]。濕法非織造材料生產成本低、均勻性良好，可用于液體過濾。滌綸具有強度高、耐沖擊性好、耐熱、耐腐、耐蛀、耐光性好等優點，可用于加工液體過濾材料[7]。作者以滌綸和聚乙烯/聚丙烯并列復合纖維(ES纖維)及滌綸漿粕為原料，采用濕法成網、熱軋加固工藝制備濕法液體過濾材料，運用正交實驗方法研究了滌綸含量、熱軋溫度、熱軋時間對材料性能的影響，為液體過濾材料的開發開辟新的途徑。

1 實驗

1.1原料

滌綸：規格1.8 dtex×12 mm，泰安瑞億盛維合成材料有限公司產；ES纖維：規格1.8 dtex×6 mm，太原源翔國際貿易有限公司產；滌綸漿粕：規格為2 mm，常州九兆洋化纖有限公司產。

1.2主要設備及儀器

BB331-A間歇式研磨杯：佛山市順德區任發電器實業有限公司制；濕法成網設備：南通大學制；TDY71-45A塑料制品液壓機：天津市天鍛液壓有限公司制；YG(B)141D數字式織物厚度儀、YG(B)461E數字式透氣性能測定儀、YT020土工布透水性測定儀：溫州大榮紡織儀器有限公司制；YG065電子織物強力機：萊州市電子儀器有限公司制。

1.3實驗方法

將滌綸和ES纖維切成所需長度規格，根據實驗方案的纖維原料配比要求稱取定量的滌綸、ES纖維以及滌綸漿粕，將滌綸漿粕浸泡于水中并用間歇式研磨機進行研磨打漿1 min，再加入ES纖維和滌綸攪拌至均勻混合。將混合漿注入濕法成網裝備，使用擠壓板上下震蕩后，纖維在水壓作用下在成形網上成網，脫水后從成形網上取下。將試樣置于135 ℃的烘箱中干燥1 h，排除殘余水分并實現初步熱粘合。使用TDY71- 45A液壓機進行熱軋，壓力為8 MPa，最后再按照設定的溫度與時間對材料進行熱軋，纖網結構變得緊密，并具有一定的硬挺度，可用作液體過濾材料[8]。將材料面密度設計在100 g/m2左右，以滌綸含量(A)、熱軋溫度(B)、熱軋時間(C)為因素進行正交實驗。其正交實驗設計方案見表1、表2。

表1 正交實驗因素水平表Tab.1 Orthoganol experimental factor level

表2 正交實驗設計方案表Tab.2 Orthoganal experimental factor design

1.4分析測試

厚度：采用FZ/T 60004—1991標準，將織物放置在數字式織物厚度儀水平板上，在規定時間內，兩水平基準板間的距離為所測材料的厚度。

面密度：根據GB/T 24218.1—2012標準進行測試，裁取規定尺寸試樣，稱其質量，折合成每平方米的質量，即面密度。

斷裂強力：根據GB/T 3923.1—2013標準在織物強力機上按規定設置隔距和拉伸速度，用上下夾持器將裁剪好的試樣平行固定，待試樣被拉伸至斷裂，記錄數據。

透氣性：根據GB/T 5453—1997標準，在規定的壓差下測定透氣率。

透水性：根據GB/T 15789—2016標準，剪取試樣11 cm×11 cm，每個試樣剪切取3個，設定時間為20 s，按照試樣透水性測定標準，在一定壓差作用下，一定時間內垂直透過單層織物的水流量。

過濾效率：采用粉煤灰作為過濾介質，以常溫下的清潔水為過濾溶劑，取0.6 g粉煤灰，置于800 mL水中，攪拌均勻，再倒入自制的設備中，進行過濾，過濾面積為直徑10 cm的圓，記錄過濾前后試樣質量，并利用顯微鏡測量濾后液體中煤灰粒子的粒徑及其粒徑分布。

孔隙率：通過測定各試樣的平均厚度，計算出各試樣的體積，稱量各試樣的質量，再根據孔隙率計算公式得到各試樣的孔隙率值。

2 結果與討論

2.1厚度和面密度

對于濕法非織造材料，良好的均勻性對產品使用效果的影響十分重要。非織造材料的均勻性與面密度、厚度、透氣性有關[9]，均勻性以各項指標的變異系數(CV)來衡量。由表3、表4可以看出，4#試樣的厚度變異系數(CVh)和面密度的變異系數(CVm)較低，說明該試樣的均勻性最好；6#試樣厚度和面密度的CV都較大。這是由于熱軋時間較短，導致纖維粘結不均勻，6#試樣的均勻性較差；CVh的極差(R)最大值為0.103(B因素)，R最小為0.021，CVm的R最大值為0.047(A因素)，R最小為0.012。因此熱軋溫度、滌綸含量分別是影響CVh和CVm最大的因素。

表3 厚度和面密度的CV實驗結果Tab.3 CV experimental results of thickness and surface density

表4 試樣的CVh和CVm的R分析Tab.4 R analysis of CVh and CVm of samples

由于實驗采用自制濕法成網微型設備，相對實際生產線設備更便于實驗研究及節約成本，但過程中成形網成網時可能存在氣泡等，這些不確定因素影響了試樣的厚度和面密度。試樣經過熱軋之后纖網變得較為平整，在熱軋后厚度差異較大則表明試樣的均勻性差，故厚度比面密度對纖網的均勻性影響大。因此滌綸質量分數為70%，熱軋溫度135 ℃，熱軋時間4 min時，試樣均勻性最好。

2.2斷裂強力

由表5可看出，因素B的R最大，因素C的R最小，說明熱軋溫度對試樣強力的影響最大，熱軋時間對試樣強力的影響最小。這是由于熱軋溫度越高，纖網中的熱熔纖維熔融越充分，纖網中粘結點越多，試樣強力越大。由表5還可看出，當滌綸質量分數為80%，熱軋溫度為165 ℃，熱軋時間為4 min時，試樣強力最大，為258.0 N。

表5 試樣的斷裂強力實驗結果Tab.5 Experimental results of breaking strength of samples

由表5還可以看出，試樣的斷裂強力都大于96 N，滿足液體過濾材料基本強力要求。

2.3透氣性

由表6可看出，因素B的R最大，因素C的R最小，說明熱軋溫度對纖網透氣性影響最大，熱軋時間對纖網透氣性影響最小。

表6 試樣的透氣性實驗結果Tab.6 Experimental result of permeability of samples

這是因為隨著熱軋溫度增加，纖網中的熱熔纖維的熔融越充分，纖維之間粘結點變多，試樣透氣性降低。由表6可以看出，當滌綸質量分數為70%，熱軋溫度位135 ℃，熱軋時間為4 min時，試樣透氣性最好，試樣透氣率達到530.20 mm/s；另外，9個試樣的透氣率平均達到409.21 mm/s，說明試樣整體透氣性良好。

2.4透水性

由表7可以看出，當水壓增加，試樣透水量逐漸變大。6#試樣在壓差小于等于900 Pa時，相對于其他試樣，在相同條件下透水量最大，即透水性最好；當壓差大于等于1 100 Pa時，5#試樣透水性最好，7#試樣透水性差，這是因為7#試樣成網時可能含有氣泡,導致成網不均勻而影響其透水性。

表7 試樣的透水性能Tab.7 Permeability performance of samples

2.5過濾性

采用粉煤灰作為過濾介質，煤灰粒子的粒徑主要分布在2～5 μm，其平均粒徑為3.56 μm。試樣過濾后粉煤灰的粒徑分布見表8。

表8 不同試樣過濾后粉煤灰的粒徑分布Tab.8 Particle size distribution of fly ash after sample filtration

由表8可以看出，2#，4#，5#，6#試樣對粒徑大于等于5 μm粉煤灰的過濾效率為100%，其中2#試樣對粒徑大于等于4 μm的過濾效率為98%，粒徑大于等于3 μm的過濾效率為91%，過濾效率最好。這是因為熱軋溫度越高，熱軋時間越長，纖維間粘結點越多，纖網越緊實，孔隙率下降，試樣過濾效率下降，所以當滌綸質量分數為60%，熱軋溫度為150 ℃，熱軋時間為4 min時，試樣的過濾性能最好。

由表9可以看出，當滌綸質量分數為60%，熱軋溫度為150 ℃，熱軋時間為4 min，試樣的過濾效率最高為91.9%，過濾精度為4 μm，有效孔徑(O95)最小為3 μm，綜合性能最好。9種試樣都能達到對粒徑大于等于5 μm的過濾精度，有效孔徑(O95)均小于等于5 μm。

表9 試樣的過濾綜合性能Tab.9 Comprehensive filtration performance of samples

3 結論

a. 熱軋溫度和滌綸含量分別對試樣的厚度和面密度的均勻性影響最大。

b. 滌綸質量分數為80%，熱軋溫度165 ℃，熱軋時間4 min時，試樣強力最高為258.0 N，所有試樣強力較好，滿足液體過濾材料基本強力要求；當滌綸質量分數為60%，熱軋溫度為150 ℃，熱軋時間為4 min，其過濾精度為4 μm，有效孔徑(O95)最小為3 μm，過濾效率最好達91.9%。

c. 實驗所制備的濕法液體過濾試樣都能滿足液體過濾材料相關性能要求，適合作為常溫、中性液體過濾材料。

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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。

張旭(1991—)，男，碩士研究生，主要研究方向為非織造材料的研究與開發。E-mail：405322700@qq.com。

南通大學紡織服裝學院研究生自主創新項目(FZ201603)，國家級創新創業訓練計劃項目經費(201610304028Z)。

* 通訊聯系人。E-mail：lisy@ntu.edu.cn。

TQ342+.21

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1001- 0041(2017)05- 0012- 04