王仙　趙連英　趙樹超

摘要：研究一種新型的玻璃纖維增強(qiáng)滌綸纖維，可適用于與芳綸纖維等其他耐高溫材料混紡針刺加工成非織造過濾材料。文章通過與PPS纖維對(duì)比，測(cè)試了該纖維的耐溫氧化性能，并制備了相同規(guī)格的織物與PPS針刺織物進(jìn)行耐化學(xué)腐蝕性能測(cè)試與對(duì)比。結(jié)果表明，新型增強(qiáng)纖維從200 ℃開始強(qiáng)度損失較明顯，纖維手感發(fā)硬，收縮較明顯；織物經(jīng)60%H2SO4處理后的斷裂強(qiáng)力保持率在91.98%，經(jīng)40%NaOH處理后的強(qiáng)力保持率在91.86%，強(qiáng)力和斷裂伸長(zhǎng)率分別有所下降，耐化學(xué)腐蝕性良好。但基于纖維強(qiáng)度非常高，CV值小，纖維品質(zhì)較均勻，可嘗試少量與芳綸纖維、PPS纖維進(jìn)行混紡增加強(qiáng)力，再通過后期坯布和成品的熱收縮率測(cè)試評(píng)定。

關(guān)鍵詞：針刺；滌綸；耐腐蝕；耐溫

中圖分類號(hào)：TS176.3

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

文章編號(hào)：1009-265X（2017）05-0010-05

Abstract：This paper is intended to research a newtype glass fiberreinforced polyester fiber， which is applicable to be processed into nonwoven filter material together with other temperatureresistant materials （such as Aramid fiber） by blending and needling. In this paper， the heatresistance and oxidation properties of the fiber were tested by comparing with that of PPS fiber， and fibers of the same specifications were prepared for comparing with PPS needle punched fabrics for chemical resistance. The results show that， above 200℃， the newtype reinforced fabric suffers from significant strength loss， feels stiff， and greatly shrinks； the breaking strength retention rate of the fabric treated with 60% H2SO4 reaches 91.98%， and that of the fabric treated with 40%NaOH is 91.86%； the strength and elongation at break of the fabric both degrade after being treated， and the fabric has high chemical resistance. Considering the high fiber strength， small CV value， and the uniformity of quality， it is feasible to blend a little aramid fiber and PPS fiber to enhance the strength， which can be verified by means of test and evaluation of hotshrinkage rate of gray fabric and finished product.

Key words：needledpunched； polyester； corrosionresistance； temperatureresistance

近年來，國(guó)家加大了對(duì)環(huán)保事業(yè)的投入，對(duì)污水、粉塵、氣體治理和排放不斷提出新的要求，過濾與分離用紡織品將迎來新的發(fā)展契機(jī)，需求也不斷地增長(zhǎng)。針刺氈濾料是由隨機(jī)排列的纖維經(jīng)針刺固結(jié)形成的，針刺氈呈纖維三向微孔結(jié)構(gòu)，不同于由經(jīng)緯紗組成的傳統(tǒng)機(jī)織濾布，它能夠使含塵氣體分離成單股細(xì)小的氣流，使顆粒附著在濾材表面并形成灰塵初層（“濾餅”），具有孔徑小、高效低阻、透氣性好和顆粒捕集性好等特點(diǎn)，所用的纖維原料包括滌綸、丙綸、亞克力、芳綸、聚苯硫醚、聚酰亞胺、芳砜綸、玻纖、聚四氟乙烯纖維等耐高溫纖維，產(chǎn)品種類較多，容易滿足各行業(yè)的除塵過濾要求。

玻璃纖維是一種性能優(yōu)異的復(fù)合材料中的增強(qiáng)材料，耐溫耐腐蝕性好，強(qiáng)度非常高，新型的玻璃纖維增強(qiáng)滌綸纖維，是由短切玻璃纖維作為增強(qiáng)結(jié)構(gòu)，滌綸作為基體材料，經(jīng)熔融紡絲加工的復(fù)合型纖維。聚酯母粒熔融后，添加短切玻璃纖維，添加量占0.5%～2%，通過噴絲板進(jìn)行紡絲。將玻璃纖維與滌綸等耐高溫纖維混合鋪網(wǎng)經(jīng)高速針刺后制備的除塵濾袋的耐高溫性提高，但是生產(chǎn)過程中由于玻璃纖維不耐折，針刺后強(qiáng)力損失大，強(qiáng)力利用率低，這往往使玻纖僅發(fā)揮了耐溫性，沒有體現(xiàn)增強(qiáng)材料功能。此次充分利用玻纖優(yōu)異性能，與滌綸結(jié)合改性研發(fā)，賦予滌綸多功能化，針刺過濾材料的多樣化。

聚苯硫醚（PPS）纖維具有優(yōu)良的耐溫性、耐腐蝕、阻燃性及良好的力學(xué)性能等，廣泛應(yīng)用在鋼鐵、水泥、垃圾焚燒站和電廠領(lǐng)域。相比其他耐高溫纖維，PPS纖維的耐腐蝕性更優(yōu)異，但耐氧化性能卻是最差。本文以PPS纖維對(duì)比，測(cè)試該新型玻纖增強(qiáng)滌綸纖維的耐溫氧化性能和耐腐蝕性能，期望對(duì)開發(fā)這種纖維與芳綸、PPS、PSA纖維等耐高溫混紡針刺過濾材料方面的應(yīng)用具有參考意義。

1試驗(yàn)部分

1.1試驗(yàn)材料

1.1.1纖維原料

試驗(yàn)使用2種規(guī)格的纖維，具體見表1所示。

1.1.2主要藥品

100%濃硫酸（分析純，華東醫(yī)藥股份有限公司）；氫氧化鈉（化學(xué)純，華東醫(yī)藥股份有限公司）。

1.2試驗(yàn)設(shè)備

針刺流水線設(shè)備（常熟飛龍無紡機(jī)械有限公司），F(xiàn)A1004電子天平（上海舜宇恒平科學(xué)儀器有限公司），圓盤取樣器（溫州大榮紡織儀器有限公司），YG（B）141D型數(shù)字式織物厚度儀（溫州大榮紡織儀器有限公司），DGG9030A電熱恒溫?zé)犸L(fēng)干燥箱（上海東麓儀器設(shè)備有限公司），XQ2型纖維強(qiáng)伸儀（上海新纖儀器有限公司），YG（B）026H型電子織物強(qiáng)力機(jī)（溫州大榮紡織儀器有限公司）。

1.3材料制備工藝

用針刺法非織造工藝制備材料，其工藝流程：纖維原料→開包機(jī)→粗開松→多倉混棉機(jī)→精開松→氣壓棉箱均勻給棉→梳理機(jī)→鋪網(wǎng)機(jī)→高速預(yù)針刺機(jī)→2～3臺(tái)主針刺機(jī)→修面→前道成卷。

1.4試驗(yàn)性能測(cè)試

1.4.1纖維的力學(xué)性能

測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)：GB/T 14337—2008《化學(xué)纖維 短纖維拉伸性能試驗(yàn)方法》。

試驗(yàn)方法：張力夾100 mg，拉伸隔距設(shè)置20 mm，拉伸速度20 mm/min。從待測(cè)試樣中隨機(jī)取出1根纖維，用張力夾夾持纖維一端，將纖維置于夾持器中，保證纖維沿著軸向自然伸長(zhǎng)，然后進(jìn)行拉伸試驗(yàn)，每種試樣測(cè)試次數(shù)為50次。

1.4.2纖維耐氧化性能測(cè)試

測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)：GB/T 6719—2009《袋式除塵器技術(shù)要求》。

試驗(yàn)方法：將試樣分為5組，先將1組試樣置于高溫箱內(nèi)，以升溫速率2 ℃/min升溫至恒溫，并開始計(jì)時(shí)。經(jīng)7 h后從高溫箱內(nèi)取出，放入恒溫恒濕室內(nèi)調(diào)濕24 h后，待測(cè)。烘干溫度分別設(shè)置為180、190、200、210 ℃。分別測(cè)試每組纖維的強(qiáng)力，測(cè)試次數(shù)為50次。

1.4.3織物的平方米質(zhì)量和厚度測(cè)試

測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)：GB/T 24218.1—2009《紡織品 非織造布試驗(yàn)方法 第1部分：?jiǎn)挝幻娣e質(zhì)量的測(cè)定》，GB/T 24218.2—2009《紡織品 非織造布試驗(yàn)方法 第2部分：厚度的測(cè)定》。

1.4.4織物的耐腐蝕性能測(cè)試

測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)：GB/T 6719—2009《袋式除塵器技術(shù)要求》。

在濾料樣品上按經(jīng)向相同的方向剪取100 mm×10 mm濾料5塊，拉伸隔距設(shè)置為80 mm，拉伸速度為200 mm/min。取其中一塊按標(biāo)準(zhǔn)測(cè)定其斷裂強(qiáng)度f0，將第2、3塊浸在質(zhì)量分?jǐn)?shù)60%的H2SO4常溫溶液中，將第4、5塊浸于質(zhì)量分?jǐn)?shù)為40%的NaOH常溫溶液中；24 h后將它們?nèi)咳〕?，?jīng)過清水充分漂洗，并在通風(fēng)櫥中干燥；測(cè)定斷裂強(qiáng)力fi。計(jì)算斷裂強(qiáng)力保持率λ%=fif0×100。

2結(jié)果與分析

2.1纖維的力學(xué)性能

通過XQ2型纖維強(qiáng)伸儀測(cè)試2種纖維的力學(xué)性能，測(cè)試結(jié)果如圖1和表2所示。

如圖1所示，增強(qiáng)滌綸纖維的強(qiáng)力和斷裂伸長(zhǎng)率明顯優(yōu)于PPS纖維，斷裂伸長(zhǎng)率在14%～26 %，PPS纖維斷裂伸長(zhǎng)率20%～45%。由表2得到，增強(qiáng)滌綸纖維的斷裂強(qiáng)度在5.70～7.99 cN/dtex，是PPS纖維斷裂強(qiáng)度（3.34～4.35 cN/dtex）的近2倍。同時(shí)從圖1拉伸曲線圖和表2看出，增強(qiáng)滌綸纖維的模量很高，這是由于增強(qiáng)滌綸纖維混入短切玻璃纖維，模量高，強(qiáng)度極其優(yōu)異，且每次的拉伸曲線分布較集中，纖維性能穩(wěn)定，品質(zhì)均勻。PPS和芳綸等耐高溫針刺氈的拉伸性能一直以來難以達(dá)到行標(biāo)，被制作成濾袋后經(jīng)長(zhǎng)期使用容易變形，形成褶皺積累灰塵，從而增加過濾阻力增加能耗，此次用的增強(qiáng)滌綸纖維強(qiáng)度很高，期望混入少量降低成本，又提高成品強(qiáng)力和降低斷裂伸長(zhǎng)率。

2.2纖維的耐氧化性能

經(jīng)過恒溫烘箱放置7 h后，分別對(duì)每組纖維的強(qiáng)力進(jìn)行測(cè)試，2種纖維的拉伸性能測(cè)試結(jié)果分別如表3所示。

由表3所示，PPS纖維強(qiáng)度隨著溫度升高，強(qiáng)力有微小的損傷。當(dāng)溫度達(dá)到200 ℃時(shí)，纖維強(qiáng)度反而有所增加，是由于高溫條件下PPS纖維受熱收縮，相當(dāng)于經(jīng)過預(yù)熱處理，內(nèi)部結(jié)構(gòu)變緊密，結(jié)晶度提高，消除了部分內(nèi)應(yīng)力，反而提高了力學(xué)性能。當(dāng)溫度達(dá)到210 ℃后，斷裂強(qiáng)度逐漸降低，工作溫度最高能達(dá)到210 ℃。

增強(qiáng)滌綸纖維從200 ℃開始后強(qiáng)度損失較明顯，纖維手感發(fā)硬，收縮較大。210 ℃后纖維強(qiáng)度降低明顯，所以建議高溫定型設(shè)置5～8 min，220 ℃。針刺過程，針刺密度不宜過高，因?yàn)樵鰪?qiáng)滌綸纖維模量較高，比其他纖維較脆，過高則會(huì)損傷纖維強(qiáng)力。

由圖2（a）所示，2種纖維的斷裂強(qiáng)度隨著烘箱溫度升高都有所下降，其中增強(qiáng)滌綸纖維的強(qiáng)度下降明顯，這是因?yàn)槔w維的基體是滌綸，不耐高溫，但是又由于混入短切玻纖，強(qiáng)力增加。PPS纖維無論在斷裂強(qiáng)度和斷裂伸長(zhǎng)率相對(duì)損失幅度小。因此，新型增強(qiáng)纖維的高溫耐氧化性不及PPS纖維，無法取代PPS和芳綸耐高溫纖維，但可嘗試與其他耐高溫纖維針刺制備非織造材料，毛氈通過燒毛軋光一體后，織物內(nèi)層的基體纖維滌綸因受熱熔融，纖維經(jīng)過針刺纏結(jié)與纖維熔融粘結(jié)，而玻璃纖維熔點(diǎn)高，不受影響留在織物里層，提高織物整體的耐溫性。此外還克服了玻璃纖維的脆性，減少玻璃纖維因直接與PPS和芳綸等耐高溫纖維混紡針刺帶來的強(qiáng)力損失。

2.3織物的平方米質(zhì)量與厚度

經(jīng)測(cè)試，2種織物的平方米質(zhì)量和厚度的測(cè)試結(jié)果如圖3所示。

由圖3（a）可以看出，如同遵循常規(guī)針刺過濾材料的平方米質(zhì)量不勻特點(diǎn)，2種非織造布平方米質(zhì)量變化都有浮動(dòng)，但整體比較均衡，PPS織物的平方米質(zhì)量在（504±5.48） g/m2，新型增強(qiáng)纖維織物的平方米質(zhì)量在（506±5.48） g/m2。制備過程中通過喂入量、鋪網(wǎng)、纖網(wǎng)排列等工藝因素調(diào)節(jié)非織造布的平方米質(zhì)量，通過適當(dāng)?shù)尼槾填l率、針刺深度調(diào)節(jié)非織造布的厚度。圖3（b）可以看出2種非織造布的厚度差異不大，CV值很小，整體均勻，可作對(duì)比。

2.4織物的耐腐蝕性能

將2種同規(guī)格的織物在相同條件下進(jìn)行酸堿處理24 h，并測(cè)試?yán)煨阅?，其測(cè)試結(jié)果如表5所示。表5為PPS織物在酸堿處理前后的斷裂強(qiáng)力和斷裂伸長(zhǎng)率的變化，可看出PPS織物的斷裂強(qiáng)力受H2SO4和NaOH溶液的影響較小，強(qiáng)力沒有損失反而有所增加，而斷裂伸長(zhǎng)率都受到一定的影響。經(jīng)60%H2SO4處理后，織物的平均強(qiáng)力保持率為121.35%，斷裂伸長(zhǎng)率增加顯著；堿處理后的平均強(qiáng)力保持率達(dá)120.69%，這是由于PPS纖維取向度增加，內(nèi)應(yīng)力降低，強(qiáng)度增加，織物內(nèi)部結(jié)構(gòu)受浸泡松散，伸長(zhǎng)率增加，耐化學(xué)腐蝕能力優(yōu)異。

增強(qiáng)滌綸織物經(jīng)酸處理后，強(qiáng)度有所下降，強(qiáng)力保持率在91.98%，堿處理后平均強(qiáng)力保持率在91.86%。新型增強(qiáng)纖維織物經(jīng)過24 h后的酸堿處理，強(qiáng)力分別有所下降，斷裂伸長(zhǎng)率下降。其耐腐蝕性不及PPS織物，避免不了常規(guī)纖維的缺陷。

3結(jié)論

通過與PPS纖維對(duì)比，測(cè)試了新型玻璃纖維增強(qiáng)滌綸纖維性能，并制備了相同規(guī)格的織物與PPS針刺織物進(jìn)行耐腐蝕性能測(cè)試，探索一種適用于過濾材料方面的新型纖維，得出如下結(jié)論：

a）增強(qiáng)滌綸纖維的強(qiáng)度非常高，在5.70～7.99 cN/dtex，是PPS纖維斷裂強(qiáng)度的近2倍；強(qiáng)力CV值為6.47，即使經(jīng)高溫烘干后，纖維強(qiáng)力依舊均勻，品質(zhì)穩(wěn)定。

b）增強(qiáng)滌綸纖維從200 ℃開始后強(qiáng)度損失較明顯，纖維手感發(fā)硬，收縮較大。高溫耐氧化性不及PPS纖維，無法取代耐高溫纖維，但是可嘗試與其他耐高溫纖維混紡針刺制備非織造材料。毛氈通過燒毛軋光一體后，織物內(nèi)層的基體纖維滌綸因受熱熔融，纖維經(jīng)過針刺纏結(jié)與纖維熔融粘結(jié)，而玻璃纖維熔點(diǎn)高，不受影響留在織物里層，提高織物整體的耐溫性。

c）增強(qiáng)滌綸織物經(jīng)酸處理后，強(qiáng)度有所下降，強(qiáng)力保持率在91.98%；堿處理后平均強(qiáng)力保持率在91.86%。經(jīng)過24 h后的酸堿處理，強(qiáng)力和斷裂伸長(zhǎng)率分別有所下降。但纖維的強(qiáng)度高，若被應(yīng)用在針刺非織造領(lǐng)域，克服玻璃纖維脆性，減少因其直接與高溫纖維混紡針刺帶來的強(qiáng)力損失，有望提高過濾材料的強(qiáng)力。

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