芳綸與PTFE基布針刺非織造布結(jié)構(gòu)與透氣性能的測試評價

張文惠，徐廣標(biāo)，2

(1.東華大學(xué)紡織學(xué)院，上海201620;2.東華大學(xué)紡織面料技術(shù)教育部重點實驗室，上海201620)

針刺技術(shù)是一種新型的非織造布加工方法，是近幾年纖維原料成型的重要加工方式之一［1］。針刺非織造布過濾材料完全依靠纖維之間的抱合力、擠壓力和摩擦力來進行固結(jié)，它表面平整、手感好、強力高、濾水性能優(yōu)異，很多方面的性能是傳統(tǒng)紡織過濾材料所無法比擬的［2］。芳綸纖維具有良好的耐熱性、耐化學(xué)性及阻燃性能，廣泛應(yīng)用于高溫過濾材料、高溫防護服以及蜂窩結(jié)構(gòu)材料等領(lǐng)域，是世界上發(fā)展速度飛快的耐高溫過濾材料之一［3］。PTFE纖維由于其優(yōu)異的化學(xué)性能和熱穩(wěn)定性、低的摩擦因數(shù)、良好的生物相容性等，廣泛應(yīng)用于國防軍工、航空航天、儀表機械、石油化工、建筑、輕紡、電子、醫(yī)學(xué)等眾多行業(yè)和領(lǐng)域［4］。本文以芳綸基布增強芳綸針刺非織造布與PTFE基布增強芳綸針刺非織造布為研究對象，重點研究針刺非織造布的形態(tài)結(jié)構(gòu)，孔徑分布與透氣性之間的關(guān)系，為針刺非織造布在耐高溫過濾方面的應(yīng)用提供依據(jù)。

1 樣品

試驗采用芳綸基布與PTFE基布增強芳綸針刺非織造布作為樣品，樣品的基本參數(shù)如表1所示。

表1 芳綸基布與PTFE基布增強芳綸針刺非織造布的基本參數(shù)

2 實驗方法

2.1 表面形態(tài)

采用TM3000掃描電子顯微鏡對芳綸基布與PTFE基布增強芳綸針刺非織造布的表面形態(tài)進行觀察和拍照。

2.2 孔徑測試

試驗采用間接法中的泡點法測試孔徑，測試儀器為CFP-1100A型毛細(xì)管流動孔徑測定儀(簡稱PMI)，儀器測量范圍為 0.013～100μm。潤濕試樣的液體采用 Galwick試劑，其表面張力為15.9dynes/cm。泡點法測試結(jié)果計算公式為:

式中，D—孔徑;γ—液體表面張力;θ =0°;P—氣體壓力。

2.3 透氣性測試

透氣性是過濾材料氣體通過性能的度量，是指在單位時間內(nèi)單位面積過濾材料所通過的空氣體積。本實驗按照GB/T5453-1997《紡織品、織物透氣性測定》中產(chǎn)業(yè)用紡織品的標(biāo)準(zhǔn)，采用YG461E數(shù)字式透氣量儀在壓降為200Pa，測試面積20cm2的條件下測試樣品的透氣性。

3 實驗測試結(jié)果與分析

3.1 表面形態(tài)分析

通過觀察可以發(fā)現(xiàn)，非織造布的未燒毛面呈現(xiàn)纖維本色，芳綸基布增強芳綸針刺非織造布未燒毛面表面顏色呈白色，PTFE基布增強芳綸針刺非織造布未燒毛面表面顏色呈淡黃色，而非織造織物的燒毛面均呈現(xiàn)焦黃色。進一步采用掃描電子顯微鏡觀察織物的表觀形態(tài)，如圖1所示。

圖1 芳綸基布與PTFE基布增強織物的表面形態(tài)

從圖1可以看出，非織造布表面呈三維立體網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，內(nèi)部空隙分布均勻，內(nèi)部纖維分布雜亂，這樣的結(jié)構(gòu)可以加強載體相流過纖維曲徑式系統(tǒng)時的分散效應(yīng)，使粒子懸浮相在欲分離時與單纖維碰撞或粘附的機會增多［5］，這是非織造織物作為過濾材料的優(yōu)勢。

芳綸基布增強芳綸針刺非織造布未燒毛面的表面纖維形態(tài)光滑，沿纖維縱向有凹槽;燒毛面纖維頭端多，有孔洞等損傷，部分纖維呈中腔形態(tài)，這樣的立體結(jié)構(gòu)可增加對空氣中雜質(zhì)的過濾作用［6］。PTFE基布增強芳綸針刺非織造布未燒毛面的的表面纖維形態(tài)光滑，略有凹槽，燒毛面頭端有熔融結(jié)頭，較光滑。總的來說，芳綸基布增強芳綸針刺非織造布纖維縱向表面光滑，燒毛面(正面)的頭端較未燒毛面的頭端多，PTFE基布增強芳綸針刺非織造布燒毛面燒毛頭端的熔融結(jié)頭較光滑，芳綸基布增強非織造布和PTFE基布增強非織造布燒毛面的纖維頭端都有孔洞，部分中空，這樣表觀形態(tài)上的差別大部分來自于纖維表面處理工藝的差異［7］。

3.2 孔徑大小及其分布

作為過濾材料的針刺非織造布，本身就是一種非連續(xù)的、非均勻的多孔體，對氣體有良好的通透性能，對粉塵有強的吸附能力［8］?？紫兜男螤睢⒋笮?、數(shù)量對過濾性能都有密切的關(guān)系，過濾材料的過濾作用是通過其內(nèi)部的孔隙通道來實現(xiàn)的，因此其過濾效率在很大程度上取決于孔徑的尺寸分布［9］。

試驗采用間接法測試孔徑，原理是在壓力作用下使氣體通過干、濕(被已知表面張力的液體飽和潤濕)試樣毛細(xì)孔，從氣體流量的變化來分析和計算孔徑分布和孔徑大小［10］。通過試驗得到芳綸基布與PTFE基布增強織物的孔徑分布如圖2所示。

圖2 芳綸基布與PTFE基布增強織物的孔徑分布

從試驗數(shù)據(jù)可以得到，芳綸基布芳綸針刺非織造布孔徑分布范圍是9.75μm～72.25μm之間，PTFE基布芳綸針刺非織造布孔徑分布范圍是7.11μm～64.90μm之間，由此可得，芳綸基布芳綸針刺非織造布孔徑的分布范圍更廣。

通過試驗得到芳綸基布與PTFE基布增強織物的最大孔徑、最小孔徑、平均孔徑，如下頁表2所示。從表中可以看出，芳綸基布增強織物的最大孔徑、最小孔徑、平均孔徑均大于PTFE基布增強織物。

表2 芳綸基布與PTFE基布增強芳綸針刺非織造布的孔徑測試結(jié)果

3.3 透氣性測試結(jié)果

在標(biāo)準(zhǔn)大氣條件下，芳綸基布與PTFE基布增強芳綸針刺非織造布每種試樣分別測量10次，然后求得平均值，如圖3所示。

圖3 芳綸基布與PTFE基布增強織物的透氣率

非織造布結(jié)構(gòu)中充滿微孔，且纖網(wǎng)結(jié)構(gòu)較疏松，氣體通過時受到的阻力小，因而具有良好的透氣性［11］。試驗中芳綸基布增強芳綸非織造布的透氣率明顯大于PTFE基布增強芳綸非織造布，是由于芳綸基布增強芳綸非織造布的平方米克重小于PTFE基布增強芳綸非織造布，厚度卻大于PTFE基布增強芳綸非織造布，使得芳綸基布增強芳綸非織造布內(nèi)部結(jié)構(gòu)不如PTFE基布增強芳綸非織造布緊密，從而芳綸基布增強芳綸非織造布的透氣性更好。

4 結(jié)論

(1)芳綸基布增強非織造布和PTFE基布增強非織造布燒毛面的纖維頭端都有孔洞，部分中空，未燒毛面的表面纖維形態(tài)光滑，略有凹槽。

(2)芳綸基布增強織物孔徑分布范圍比PTFE基布增強織物孔徑分布范圍是更廣，而芳綸基布增強織物透氣率比PTFE基布增強織物大，根據(jù)透氣性與孔徑之間的關(guān)系，說明大部分氣體都經(jīng)大孔徑孔隙流走。

［1］李波，王秀榮，李彥.針刺非織造布技術(shù)與市場現(xiàn)狀［J］.紡織導(dǎo)報，2007(2):88－92.

［2］冷純廷.針刺非織造布的應(yīng)用現(xiàn)狀和前景［J］.北京紡織，2002，5(23):13－15.

［3］孔海娟，張蕊，周建軍，等.芳綸纖維的研究現(xiàn)狀與進展［J］.中國材料進展，2013，32(11):676－684.

［4］張?zhí)?，胡祖明，?PTFE纖維制備技術(shù)的研究進展［J］.合成纖維工業(yè)，2012(3):36－40.

［5］劉延波，王振，張澤茹，等.耐高溫針刺過濾材料性能的研究［J］.產(chǎn)業(yè)用紡織品，2012(07):16－20.

［6］劉呈坤，馬建偉.非織造布過濾材料的性能測試及產(chǎn)品應(yīng)用［J］.非織造布，2005(01):30－34.

［7］Graham J F，McCagueC，Warren OL，etal.Spatially Re－solved Nanomechanical Properties of Kevlar Fibers［J］.Polymer Communications，2000，41(12):4761－4764.

［8］武松梅，袁傳剛.非織造材料孔徑與過濾性能關(guān)系的研究［J］.產(chǎn)業(yè)用紡織品，2010(1):12－14.

［9］倪冰選，張鵬.非織造布孔徑分布及過濾效率研究［J］.產(chǎn)業(yè)用紡織品，2012(3):25－28.

［10］許祥在，翟秋蘭.多孔材料的孔徑分布與滲透性測定［J］.分析儀器，1999(4):48－52.

［11］殷保璞，吳海波，靳向煜，等.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(5):20－23.