熔噴聚丙烯非織造布的結(jié)構(gòu)及過濾性能

熔噴聚丙烯非織造布的結(jié)構(gòu)及過濾性能

美國海軍實驗室在政府的支持下，開發(fā)了一種聚吡咯非織布技術(shù)：聚吡咯非織布由柱塞擠壓裝置產(chǎn)生，熱氣流由聚吡咯產(chǎn)生，形成的精細(xì)纖維吹向凝網(wǎng)器沉積，并由薄過濾材料制成。1熔噴聚丙烯非織造布的工藝特點目前的聚丙烯熔噴非織造布是采用一定分子量、等規(guī)度和熔融指數(shù)(MI)的聚丙烯樹脂生產(chǎn)出來的.首先是將聚丙烯樹脂加到螺桿擠壓機里使其熔融,并加熱到形成纖維所需要的溫度,經(jīng)一特殊設(shè)計的噴頭,聚合物由噴嘴的噴絲孔中擠壓出來時,受到噴絲孔兩側(cè)與熔體噴出方向呈一定角度的高壓熱氣流的噴吹.在這種強烈、高速(550m/s)熱氣流(340-370℃)的作用下,熔體被拉伸,形成超細(xì)長絲,或被吹斷成具有一定長度的微細(xì)短纖維,同時受到來自外側(cè)冷卻空氣的冷卻固化,在氣流作用下凝聚在滾筒式纖維接收器上或循環(huán)式成網(wǎng)簾上形成熔噴纖網(wǎng).纖網(wǎng)中纖維相互交絡(luò),靠噴絲后聚合物的余熱及牽伸熱空氣使纖維熱熔粘合,而固結(jié)在一起直接成為熔噴法聚丙烯非織造布.其工藝流程如圖1所示1熔噴法是一種超細(xì)纖維成網(wǎng)法.熔噴非織造布由直徑在4μm以內(nèi)的超細(xì)纖維構(gòu)成,因此所制取的非織造布手感柔軟,過濾性好.熔噴聚丙烯非織造布因纖維互相纏接熱融粘合和超細(xì)纖維之間的表面吸引力,纖網(wǎng)具有良好的完整性.超細(xì)聚丙烯濾材具有過濾效率高、阻力低和一定的耐高溫、耐酸堿性、耐濕耐有機溶劑等性能,而且通過控制熔噴工藝能獲得合乎需要的纖維網(wǎng)結(jié)構(gòu)及機械性能.2纖網(wǎng)過濾過程理論隨著現(xiàn)代工業(yè)的發(fā)展,對環(huán)境潔凈度的要求越來越高,因而對高效濾塵材料的需要也更為迫切.對過濾材料要求過濾阻力小而過濾效率高.目前用作高效過濾材料的一般是玻璃纖維濾紙,也有用機織布的.機織濾布由于纖維定向排列,紗線本身過分緊密,加以經(jīng)緯交叉結(jié)構(gòu),紗線間有較大孔隙,為了提高其過濾效率,一般要求織物組織緊密,但卻使過濾阻力增大.至于濾紙,由于組織緊密,孔隙小且少,濾出物質(zhì)積存稍有增多便很快增大濾阻,使過濾效率下降,同時其抗折皺能力極差,嚴(yán)重影響使用壽命對于氣溶膠粒子的纖維過濾來說,參與過濾的三個主要因素是:分散介質(zhì)(如空氣)、分散粒子和纖維過濾材料.而過濾過程在理論上可以分成兩個階段:第一,穩(wěn)定階段,過濾器對微粒的捕集效率和阻力不隨時間而改變,而是由過濾器的固有結(jié)構(gòu)、微粒的性質(zhì)和氣流的特點決定;第二,不穩(wěn)定階段,捕集效率和阻力不取決于微粒的性能而是隨著時間的變化而變化,主要是隨微粒的沉積、氣體的侵蝕、水蒸汽的影響而變化.對空氣潔凈技術(shù)中普通的含塵空氣,過濾過程主要是穩(wěn)定過濾過程.此過程中,通常纖維過濾有五大主要過濾機理:擴散機理、直接攔截、慣性機理、重力機理、靜電機理.熔噴聚丙烯非織造布因結(jié)構(gòu)蓬松,纖維間的聯(lián)結(jié)只不過是自粘點,因此可以把它的過濾作用視為許多孤立圓柱體過濾的綜合效果.熔噴聚丙烯非織造布濾材過濾時,含塵流一般都垂直于濾材中的纖維表面,按照孤立圓柱體過濾的五種機理,微粒都直接、間接地落到它通過的物體上,所以可以推斷:微粒首先被纖維捕集,當(dāng)積聚微粒數(shù)增加后,累計微粒群的尺寸逐漸增大,使纖維間的空隙阻塞.這時,微粒既會落在纖維上,又可能落到已有微粒積聚的纖維空隙處,起絲餅過濾作用.而實際被濾材料在熔噴非織造布濾材中的沉積規(guī)律經(jīng)實驗觀察可得:①濾材表層沉積的微粒數(shù)最多,隨濾材朝深層方向沉積的微粒數(shù)越來越少.②濾材表層的微粒大小不一,但大微粒占多數(shù),沿著深度方向,往后沉積的微粒尺寸越來越小.③濾材纖維表面均有微粒沉積,小孔隙已被微粒填塞3.2.2過濾性能強度、過濾效率和阻力是衡量濾材優(yōu)劣的三個主要指標(biāo).測量不同工藝參數(shù)下熔噴非織造布的過濾效率和過濾阻力的方法有數(shù)字粒子計數(shù)法、鈉火焰法、DOP法以及油霧法等.在國內(nèi),通常工廠中采用鈉焰法進行測量,其原理是:2%濃度的氯化鈉水溶液用0.26(表壓)的潔凈壓縮空氣經(jīng)專用噴霧器霧化后引到干燥空氣流中,使霧滴的水分蒸發(fā),形成亞微米級多分散固體氯化鈉氣溶膠,即實驗塵.實驗塵的平均粒徑為0.3μm.含塵空氣流過被測濾材,過濾前后氣熔膠濃度之比的百分?jǐn)?shù)即為被測濾材的過濾阻力.壓差即為被測濾料的過濾阻力(mmH此外,對透氣性的測量在一定程度上反映了孔隙率和纖維直徑的變化.可以用織物中壓透氣量儀測透氣量.4工藝參數(shù)對過濾性能的影響影響其最終產(chǎn)品過濾性能及結(jié)構(gòu)的工藝參數(shù)很多,如原料樹脂的熔指、聚合物熔體擠出量、氣流速度、纖網(wǎng)結(jié)構(gòu)、噴絲板的結(jié)構(gòu)與噴絲孔的形狀、熱空氣的溫度、噴絲孔與成網(wǎng)簾的距離等.這些參數(shù)不僅變量多,而且有交換作用,因此熔噴非織造布工藝參數(shù)的研究(見表1)是非常復(fù)雜的.大量研究表明,纖維細(xì)度是與過濾性能關(guān)系最密切的一個指標(biāo),而影響纖維細(xì)度的主要工藝因素有:聚合物的擠出量、空氣壓力、聚合壓力、聚合物的熔融指數(shù)和粘度,此外,還有接收距離、空氣溫度、熔體加工溫度、噴嘴溫度等.除纖維直徑外,另一個與過濾性能有關(guān)的重要因素是纖維分布的均勻性.盡管在工藝實驗中會由于熔噴生產(chǎn)工藝的原因存在一定的不穩(wěn)定性,但可以由工藝實驗結(jié)合理論分析得到一些工藝參數(shù)對過濾效率和過濾阻力的影響以及和透氣量的關(guān)系.(1)空氣壓力水平增加時,過濾效率增加,過濾阻力增加,而透氣量減少.(2)單位氣流中擠出的聚合物數(shù)量增加,阻止了長絲在氣流中的充分拉伸,因而纖維直徑增大.纖維直徑增加,使隨機排列的纖維網(wǎng)相對比較蓬松,纖維與纖維之間的孔隙大大增加,這雖然會增加纖維對微粒的攔阻作用,但造成對微粒的擴散作用和慣性作用下降,結(jié)果使濾效下降,濾阻增加,透氣量增加.相反,降低擠出量可以降低纖度和提高纖網(wǎng)均勻度,過濾效率也相應(yīng)提高.(3)其它工藝參數(shù)不變的情況下,噴距增加時纖維飛向網(wǎng)簾的速率降低,纖網(wǎng)蓬松度增加,濾效下降,阻力減小,透氣量增加.(4)平動次數(shù)增加時,樣品的厚度增加,過濾效率增加,過濾阻力增加,而透氣量減少.在噴距為8cm,平動次數(shù)為2層,風(fēng)壓為0.2Pa的情況下,改變駐極情況和螺桿轉(zhuǎn)速可得表2數(shù)據(jù):可以看