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空气过滤非织造布不同应用级别性能指标分化研究

文章来源:http://www.iguolvqi.com/  2013年06月15日  点击数:2089
     本课题在了解空气过滤非织造材料发展背景的基础上,简单分析了纺粘、熔喷、SMS和SS等产品的生产工艺及工艺流程、生产线设备布置,以及空气过滤非织造材料在各个领域中的应用及发展前景。本文通过分析和对比SMS、SS和熔喷空气过滤非织造材料的性能,重点探讨了各工艺参数对其物理性能、透气性、过滤性等性能的影响,发掘三种不同类型空气过滤非织造材料性能的优势,为空气过滤材料的复合化做铺垫,以减少不必要的损失,提高生产效率。
  随着我国工业化进程的加快,空气过滤材料的应用将越来越广泛,过滤材料的用量预计也将以每年两位数的速度递增。而非织造过滤材料作为一种新型的纺织过滤材料,以其优良的过滤性能、高产量、低成本、易与其他过滤材料复合且容易在生产线上进行打褶、折叠、模压成型等深加工处理的优点,逐步取代了传统的机织和针织过滤材料在各行各业得到了广泛应用,并且用量越来越大。
  随着半导体工业、电子工业和精密仪器工业等行业的进步,对工厂和人类生活环境中空气的洁净程度要求越来越高。特别是在生物制品、药品等生产和包装过程中,对环境污染的控制变得更为重要,“净室”成为不可缺少的要素之一。
  实验操作得出关键数据
  非织造过滤材料做成的空气过滤器,其性能主要是通过压力损失、初阻力、过滤效率和容尘量来表示。由于过滤效率的不同,可以将过滤器的种类分为三类:粗尘级别(粗效)、中高功能过滤级别(中效)和超高功能过滤级别(高效)。
  粗效过滤材料的生产方法有:针刺法、喷胶法,或者针刺法和喷胶法复合使用;产品一般应用在厨房换气扇过滤、吸尘器过滤,以及室内空调进风口和中央空调进风口等。中效过滤材料的生产方法有:聚丙烯熔喷非织造布、SMS复合非织造布、细旦纺粘非织造布;产品一般应用在中央空调过滤器、吸尘器过滤器、汽车空调过滤器和空气清新机过滤器的过滤功能上。高效过滤非织造材料的生产方法大多数是由熔喷型非织造布与其他类型非织造布复合而成;可以用于对空气洁净程度要求很高的工厂、医院、制药厂等场所做终端过滤。
  原料与仪器
  SMS复合非织造布,其定量分别为15g/m2、25g/m2、40g/m2,实验标记分别为SMS15、SMS25、SMS40(浙江三象新材料有限公司提供);SS复合非织造布,定量为40g/m2,实验标记为SS40(浙江三象新材料有限公司提供);熔喷高温滤材,定量为40g/m2,实验标记为M40(天津泰达材料有限公司提供);YG141型织物厚度仪;YG(B)026D电子万能机械强力测试机,圆形夹具内径25mm,弹子直径20mm;YG461H全自动透气测量仪;SX-L1050滤料实验台。
  试样的制备
  上述原料中,1号、2号和3号都是SMS在线复合非织造布,它们都是由聚丙烯切片经过熔融挤压纺丝而成,不同之处在于三种样布具有不同的克重。4号是SS在线复合非织造布,5号为熔喷非织造布,使用的原材料同样是聚丙烯切片。
  厚度测试
  在空气温度为20℃、相对湿度为65%的条件下进行实验。YG141型织物厚度仪压脚面积为25cm2,取直径大于压脚直径5cm以上的试样五块(可不裁样,测试点均匀分布,取五个测试点),压块质量为20kg进行测试,最后取平均值和CV值。
  测试前,先将厚度计清零,将布自然平放在夹头中间,读取测试数据,精确到0.01mm。首先在压强为0.1KPa时加压10s,记录试样厚度,测10块;然后在压强为0.5KPa时加压10s,记录试样厚度,测10块,计算试样压缩率,判断属于何种类型。(目测可确定的不做)
  普通型:压强0.5KPa, 10s,测10块
  膨松型:压强0.2KPa, 10s,测10块
  土工布:压强2.0KPa, 30s,测10块
  均匀度测试
  在空气温度为20℃、相对湿度为65%的条件下进行实验。在纤网输出处,用样板沿机器纵向及横向各取若干,试样采用天平逐一称重,计算均方差和变异系数。样板的尺寸根据使用场合与测试精度要求而有不同,一般在车间现场使用的试样尺寸为20cm×20cm及40cm×40cm两种。如果要测定纤网的长片段不匀,则沿纤网输出方向要间隔一定时间取样多次。如果改换工艺参数后测试,则取样块数和测试次数须增多,待纤网基本稳定后方可转入正常测试。
  断裂强力测试
  在空气温度为20℃、相对湿度为65%的条件下进行实验。采用条样法,即试样整个宽度被夹持器夹持的织物拉伸实验。每块样品分别取MD、CD各5块,试样的尺寸大小为50mm×200mm。
  校准强力试验机的零位。调整强力试验机的名义夹持距离为200±1mm,拉伸速度为100±1mm/min。在夹钳中心位置夹持试样,并在试样下端施加预张力,确保试样纵向轴线与夹钳钳口线成直角,然后旋紧上下夹钳。开动机器,以100mm/min的拉伸速度拉伸试样至断裂。记录最大断裂强力及断裂伸长或记录每个试样的强力-伸长曲线。最后计算各个试样的纵、横向断裂强力和断裂伸长率的平均值。
  撕裂强力测试
  空气温度为20℃、相对湿度为65%的条件下进行测试。采用平行法取样,纵横向各5块,尺寸大小为100mm×50mm,用样板在试样上画等腰梯形,并在规定处剪一个10mm的切口。
  设定两夹钳的距离为25mm,拉伸速度为100mm/min,选择适宜的负荷范围,使断裂强力落在满刻度10%~90%范围内。沿梯形不平行两边夹住试样,使切口位于两夹钳中间,梯形短边保持拉紧,长边处于折皱状态。启动仪器,如果有条件用自动记录仪记录撕破强力,单位用牛顿(N),最后计算纵向与横向五块试样的平均值和变异系数。
  顶破强力测试
  在空气温度为20℃、相对湿度为65%的条件下进行测试。将试样放入夹布圆环内并旋紧。设定弹子的下降速度为100mm/min~110mm/min之间。启动仪器,如果有条件,用自动记录仪记录撕破强力,单位用牛顿(N)。最后计算五块试样的顶破强力的算数平均值,精确至小数点后一位。
  透气性测试
  在温度为20℃,相对湿度为36%的条件下进行测试,试样压差为100Pa。测试面积为20cm2。取试样五块,尺寸大小为100mm×100mm。将试样夹在织物透气仪的进气孔上,按下固定织物的圆环。启动仪器,待液晶显示器上的数据稳定不在跳动选孔径后,记录下孔径值以及透气率,并计算各试样透气率的算数平均值及变异系数。
  过滤性测试
  在空气温度为20℃、相对湿度为65%的条件下进行测试。空气中微粒在光的照射下发生光散射的现象,散射和微粒的大小、光波波长、微粒的折射率和对光的吸收特性等因素有关,微粒散射光的强度正比于微粒的表面积,通过激光粒子计数器记录实验前后空气粒子数,来判定过滤器对粉尘的过滤效率。
  数据分析确定最佳工艺
  当空气过滤材料用于医用口罩或者防尘口罩时,在所要求产品性能相当的情况下,产品的厚度越薄,使用起来也就越轻盈。厚度的大小可以直接影响产品的强力、透气、过滤等系列性能问题。
  SMS非织造布试样的厚度随着其克重的增加而逐渐变大;这是由于当单位面积内非织造布的质量增加时,纤维量增加,在单位面积内的纤维堆积就会紧而厚,宏观上就表现为非织造布的厚度增加。而在同一克重下,不同成网方式的非织造布的厚度关系为:熔喷非织造布厚度>SMS非织造布厚度>SS非织造布厚度。
  SMS非织造布的不匀率随着克重的增大而逐渐增加;这是由于纺粘和熔喷非织造布是铺置成网,容易造成分布上的随机不均匀,而纤网的定量增大,每层的纤维量也增加,也使得不匀率增加。对于采用不同生产方法的纤网,其不匀率呈现:SMS非织造布>SS非织造布>熔喷非织造布。
  根据图表可以看出,对于SMS空气非织造过滤材料,随着克重的增加,无论是纵向还是横向的断裂强力和伸长率都有上升的趋势。这是由于SMS非织造布的结构随着厚度的增加而更加紧密和厚实,纤维间相互缠结,抱合增强,使得SMS非织造布断裂时需要更大的力。
  同时,同一克重的SMS非织造布纵向强力明显大于横向断裂强力,这是因为纤网是沿着纵向输出的,绝大部分纤维是沿着纵向排列的,因此纤维的强力大部分都贡献在纵向上,而横向强力主要靠纤维之间的缠结而形成。从图表中也可以明显地看出,在克重相同的情况下,不同成网方式的强力和伸长率也是不同的,具体表现为:SS非织造布的强力>SMS非织造布的强力>熔喷非织造布的强力。
  实验中,在每块试样上随机选取10个部位进行透气性能的测试,分别记录液晶显示屏所显示的试样透气率,然后对每块试样的测试结果取平均值,分析整理数据并进行汇总,结果如下:
  根据数据分析,SMS过滤非织造布的透气性随着其克重的增加而逐渐降低;这是由于非织造材料的透气性取决于材料中空隙的大小和多少,而空隙的大小和数量随着材料定量的增大而减小,定量增大也使得非织造布的面密度和体积密度增大,纤维间纠结更加紧密,同时纤维间缝隙也减小,从而其透气性也逐渐下降。从图中也可以明显的看出,不同成网方式的过滤材料,其透气性呈现:SS非织造布>熔喷非织造布> SMS非织造布。
  实验中,对7块试样每块分别取3个部位进行过滤性能的测试,分别记录其过滤阻力和过滤效率,对每块的测试结果取平均值。
  SMS非织造布的过滤效率随着其克重的增加缓慢增大,这是由于影响过滤效率的主要因素有:纤网的厚度、纤维的细度及孔隙率等,样品的克重越大,单位面积内纤维的数量和纤网层数增多,纤维分布越杂乱,使粒子有更多的机会与单纤维碰撞和粘附,而不同成网方式的过滤材料,其过滤效率的关系是:熔喷非织造布> SMS非织造布> SS非织造布。
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