潤濕劑對泡點法測定纖維過濾材料孔徑特征的影響

王向欽 張 鵬 靳向煜

(1.廣州市纖維產(chǎn)品檢測院，廣州，510220;2.東華大學(xué)產(chǎn)業(yè)用紡織品教育研究工程中心，上海，201620)

潤濕劑對泡點法測定纖維過濾材料孔徑特征的影響

王向欽1，2張 鵬1靳向煜2

(1.廣州市纖維產(chǎn)品檢測院，廣州，510220;2.東華大學(xué)產(chǎn)業(yè)用紡織品教育研究工程中心，上海，201620)

利用Silwick、Galwick、二甲基硅油和超純水等4種液體研究了泡點法測定水刺非織造布、針刺非織造布、紡粘非織造布、機織過濾布和中速濾紙等5種產(chǎn)業(yè)用過濾材料孔徑時潤濕劑的影響。結(jié)果表明:潤濕劑的表面張力對泡點法測試?yán)w維過濾材料的孔徑特征有一定的影響;超純水不能充分浸潤試樣，測得泡點孔徑和平均孔徑值偏高，不適宜作為泡點法的潤濕劑;Silwick、Galwick和二甲基硅油3種液體可以充分浸潤試樣，并得出一致的泡點孔徑和平均孔徑值，適宜作為泡點法的潤濕劑。

纖維過濾材料，孔徑特征，潤濕劑，泡點法

過濾材料孔徑特征的測試方法有直接法和間接法兩種。直接法主要用于測量試樣的表面孔隙尺寸，包括X射線小角度散射測量法、顯微鏡觀察法等;間接法則是假設(shè)材料的孔隙是均勻通直的圓孔，以表面張力引起液體在毛細(xì)孔中上升為理論依據(jù)，通過公式計算出材料孔隙的等效孔徑，主要方法有泡點法、壓汞法等，該類方法可較真實地反映流體通過孔道的實際情況。泡點法與壓汞法相比，可以減小結(jié)構(gòu)壓縮對測定結(jié)果的影響，更適用于纖維過濾材料孔徑特征的測定［1］。潤濕劑是泡點法測定過濾材料孔徑特征的重要影響因素。本文利用Silwick、Galwick、二甲基硅油和超純水等4種液體，分析和探討了潤濕劑對泡點法測定纖維過濾材料孔徑特征的影響。

1 測試原理

泡點法測試?yán)w維過濾材料孔徑特征的原理是:試樣經(jīng)已知表面張力的潤濕劑充分浸潤后放入試樣室，氣體在壓力作用下分別通過試樣干態(tài)和濕態(tài)時的毛細(xì)孔，通過計算氣體通過試樣時壓力和氣流的變化，分析和計算試樣的孔徑及其分布［2］，測試原理如圖1所示。試樣中單個毛細(xì)孔的直徑可按下列公式計算［3］:

式中:Di——樣品中第i個孔的直徑(μm);

γ——潤濕劑的表面張力(10－5N/cm);

Pi——瞬時壓力(kPa)。

圖1 泡點法測試?yán)w維孔徑原理

2 試驗

2.1 樣品

樣品為5種產(chǎn)業(yè)用過濾材料:

(1)水刺非織造布，面密度為58.4 g/m2;

(2)針刺非織造布，面密度為445 g/m2;

(3)紡粘非織造布，面密度為156.8 g/m2;

(4)機織過濾布，面密度為272.6 g/m2;

(5)中速濾紙，面密度為82.4 g/m2。

2.2 儀器

美國PMI公司CFP-1100A型毛管流動孔隙儀(Capillary Flow Porometer)。

2.3 潤濕劑

(1)Silwick，由美國PMI公司提供;

(2)Galwick，由美國PMI公司提供;

(3)二甲基硅油，由美國Alfa Aesar公司提供;

(4)超純水，由廣州市纖維產(chǎn)品檢測院提供。

4種潤濕劑的性能參數(shù)如表1所示。

表1 潤濕劑性能參數(shù)

2.4 方法

(1)試驗類型為 Wet up/Dry down。首先，已被浸潤的試樣受到持續(xù)增大氣流的作用，得到試樣為濕態(tài)時氣體流量和壓力的關(guān)系曲線，即濕態(tài)曲線;然后，氣體流量逐漸減小，得到試樣為干態(tài)時氣體流量和壓力的關(guān)系曲線，即干態(tài)曲線。

(2)夾樣器的密封圈直徑為20 mm，并選擇相應(yīng)的測試參數(shù)。

3 結(jié)果與分析

用Silwick、Galwick、二甲基硅油和超純水4種液體作為潤濕劑分別測試水刺非織造布、針刺非織造布、紡粘非織造布、機織過濾布和中速濾紙5種產(chǎn)業(yè)用纖維過濾材料的泡點孔徑和平均孔徑，測試結(jié)果如圖2～圖6所示。

圖2 水刺非織造布孔徑測試值

圖3 針刺非織造布孔徑測試值

圖4 紡粘非織造布孔徑測試值

圖5 機織過濾布孔徑測試值

圖6 中速濾紙孔徑測試值

比較圖2～圖6可以發(fā)現(xiàn)，超純水作為潤濕劑浸潤各試樣所測得泡點孔徑和平均孔徑均遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于其他3種潤濕劑浸潤各試樣的測試值，這是由于水的表面張力太大，浸潤時不能充滿所有的毛細(xì)孔，即不能充分浸潤試樣。如果試樣沒有被充分浸潤，氣體穿透濕態(tài)或干態(tài)試樣時的瞬時壓力就會偏低。由公式(1)可知，試樣微孔直徑Di與潤濕劑表面張力γ成正比，與穿透微孔時的瞬時壓力Pi成反比，當(dāng)潤濕劑表面張力γ較大，而瞬時壓力Pi又偏小時，所測得微孔直徑就會偏離真實值。由此可見，超純水不適宜作為泡點法測纖維過濾材料孔徑的潤濕劑。

Silwick、Galwick和二甲基硅油3種低表面張力的液體作為潤濕劑所測水刺非織造布和針刺非織造布的泡點孔徑和平均孔徑均各不相同，尤其是泡點孔徑各數(shù)據(jù)之間差距比較大，這可能是由于水刺非織造工藝和針刺非織造工藝本身的隨機不勻引起的［4］，平均孔徑則比較接近。

對于紡粘非織造布、機織過濾布和中速濾紙，無論是泡點孔徑還是平均孔徑，使用Silwick、Galwick和二甲基硅油作為潤濕劑所測得的值都非常接近，3種潤濕劑所測各試樣的平均值之間的差異在幾微米左右。主要原因一是紡粘非織造布、機織過濾布和中速濾紙3種材料本身的均勻性比較好，孔徑波動比較小;二是3種潤濕劑都能夠充分浸潤試樣。

綜上所述，泡點法所用潤濕劑若能夠充分浸潤試樣，則測得的孔徑特征值基本一致或略有差別;所用潤濕劑若不能充分浸潤試樣，則測得的孔徑特征值偏大，如本試驗中超純水所測得結(jié)果。對于結(jié)果要求嚴(yán)格的試驗應(yīng)在報告中注明所用潤濕劑的名稱，用不同潤濕劑進(jìn)行測試，其結(jié)果沒有可比性。

4 結(jié)論

(1)潤濕劑是泡點法測試?yán)w維過濾材料孔徑必需的標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)，其表面張力對測試結(jié)果有一定的影響。

(2)表面張力大的液體不適宜作為泡點法的潤濕劑。本試驗中超純水由于表面張力較高，不能充分浸潤試樣，所測泡點孔徑和平均孔徑值偏大，不適宜作為泡點法的潤濕劑。

(3)表面張力較低且能夠充分浸潤試樣的潤濕劑適宜作為泡點法的潤濕劑。本試驗中所用Silwick、Galwick和二甲基硅油都具有較小的表面張力，其測試結(jié)果具有很好的一致性，適宜作為泡點法的潤濕劑。

(4)對結(jié)果要求嚴(yán)格的試驗應(yīng)在報告中注明所用潤濕劑名稱，用不同潤濕劑進(jìn)行測試，其結(jié)果沒有可比性。

［1］梁云，胡健.纖維過濾材料孔徑及孔徑分布測試方法的研究［J］.紡織科學(xué)研究，2004(4):23-27.

［2］殷保璞，吳海波.非織造過濾材料的孔隙結(jié)構(gòu)與透氣性能研究［J］.產(chǎn)業(yè)用紡織品，2007，25(5):20-23.

［3］殷保璞，吳海波.CFP-1100-AI多功能孔徑儀在紡材性能測試中的應(yīng)用［J］.紡織標(biāo)準(zhǔn)與質(zhì)量，2002(4):33-35.

［4］柯勤飛，靳向煜.非織造學(xué)［M］.上海:東華大學(xué)出版社，2004:86-141.

Effect of wetting liquid on the testing of pore size characteristics of fiber filter materials by bubble point method

Wang Xiangqin1，2，Zhang Peng1，Jin Xiangyu2
(1.Guangzhou Fibre Product Testing Institute;2.Engineering Research Center of Technical Textiles，Ministry of Education)

Four kinds of liquids，Silwick，Galwick，polydimethylsiloxane and ultra-pure water were used to wetting samples，including spunlaced nonwovens，needle punched nonwovens，spunbond nonwovens，woven filter cloth，medium-speed filter paper，to study the effect of wetting liquid on the testing of pore size characteristics of fiber filter materials by bubble point method.The results show that the surface tension of the wetting liquid affects the testing results.Ultra-pure water cannot wet samples totally，the testing value of the samples wetted by ultra-pure water were higher than that of samples which be wetted by other liquids，so it is not suitable for being a wetting liquid.The other three kinds of liquids，Silwick，Galwick and polydimethylsiloxane wet the samples totally and the testing values be similar，so they are suitable for using as wetting liquids.

fiber filter material，pore size characteristics，wetting liquid，bubble-point method

TS106.6+2

A

1004－7093(2011)05－0040－04

2011－02－23

王向欽，女，1979年生，在讀博士研究生。研究方向為非織造材料及測試技術(shù)。